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顥德物聯(lián)解析：數(shù)據(jù)中心不間斷電源（UPS）如何選型與分析

發(fā)布時(shí)間：2025-05-16 瀏覽量：

UPS不間斷電源

近年來，“東數(shù)西算” 推動數(shù)據(jù)中心（符合 GB50174-2017 標(biāo)準(zhǔn)）密集落地，海量數(shù)據(jù)依托數(shù)據(jù)中心高效流轉(zhuǎn)。不間斷電源（UPS）作為供電系統(tǒng) “最后防線”，全力保障業(yè)務(wù)連續(xù)性。

本文聚焦不同類型 UPS 的特點(diǎn)、差異及場景適配，為用戶提供系統(tǒng)性選型評估參考。

UPS的分類及辨別方法

我國UPS產(chǎn)業(yè)化始于上世紀(jì)80年代中期，較發(fā)達(dá)國家晚近20年。歷經(jīng)30余年發(fā)展，UPS關(guān)鍵技術(shù)取得突破：高端大功率UPS功率等級從千瓦級躍升至兆瓦級，與國外品牌設(shè)備在功能性價(jià)值上已難分高下。

目前，國內(nèi)外廠商已研發(fā)出多類“高頻UPS”機(jī)型，可滿足不同數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場景的需求，其中主要應(yīng)用的三種類型為塔式UPS(高頻一體式)、模塊化UPS(全熱插拔)和類模塊UPS(業(yè)內(nèi)俗稱“假塔式”)。

圖1 各類型高頻UPS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

塔式UPS和模塊化UPS的全方位對比

結(jié)合塔式UPS和模塊化UPS的結(jié)構(gòu)差異及其在項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用表現(xiàn)，業(yè)內(nèi)對兩類機(jī)型的評價(jià)總結(jié)見表1。

除此之外，兩類機(jī)型在以下幾個(gè)方面亦有較大差異。

機(jī)內(nèi)均流風(fēng)險(xiǎn)

得益于獨(dú)立的三相結(jié)構(gòu)，塔式機(jī)內(nèi)不會出現(xiàn)模塊輸出不均流的現(xiàn)象；而模塊機(jī)內(nèi)部則存在模塊輸出不均流現(xiàn)象，且隨著時(shí)間的推移，有不均流加大的風(fēng)險(xiǎn)。

電容更換成本

塔式機(jī)通過大電容螺栓安裝在銅排上，模塊機(jī)用小電容器焊接于 PCB 板，兩者電容更換成本差異顯著。塔式機(jī)電容更換成本約為整機(jī) 10%，模塊機(jī)需換全功率模塊，成本達(dá)整機(jī) 50% 以上。

運(yùn)行效率

通過采用功率模塊休眠技術(shù)，模塊機(jī)的休眠顆粒度為50kVA或100kVA，此外，可通過提升整機(jī)的負(fù)載率以獲得更高的運(yùn)行效率。整體而言，模塊機(jī)運(yùn)行效率高于塔式機(jī)0.5%左右。

故障概率及維修時(shí)間

獨(dú)立的三相結(jié)構(gòu)決定了塔式機(jī)整機(jī)內(nèi)部器件發(fā)生故障的概率將遠(yuǎn)低于模塊機(jī)功率模塊的故障概率。若故障發(fā)生，維修塔式機(jī)內(nèi)部器件的時(shí)間約為30分鐘，而模塊機(jī)在有備份模塊的情況下，更換模塊僅需10分鐘。

尺寸及重量

塔式機(jī)尺寸較大，安規(guī)距離可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的1.5倍以上；而模塊機(jī)尺寸較小，在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)安規(guī)距離要求時(shí)散熱能力較差，器件老化速度較快。在重量方面，塔式機(jī)較重，模塊機(jī)重量僅為塔式機(jī)的70%左右，因而成本更低。

塔式UPS和模塊化UPS適合的場景

基于不同的結(jié)構(gòu)和特性，塔式UPS和模塊化UPS均有相應(yīng)適合的應(yīng)用場景，用戶可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況進(jìn)行選型。整體而言，數(shù)據(jù)中心選型可考慮以塔式UPS為主。

根據(jù)并機(jī)方案選型

模塊化 UPS 靠并機(jī)實(shí)現(xiàn)功率模塊冗余，且并機(jī)數(shù)量越多，模塊間環(huán)流越大。因此，2 臺并機(jī)時(shí)模塊化與塔式 UPS 均可選用，3 臺及以上并機(jī)建議用塔式 UPS。

高安全場景

對于將“高可靠運(yùn)行”要求置于首位的數(shù)據(jù)中心，因其設(shè)計(jì)理念追求的是“不會壞”，所以建議首選塔式UPS。同時(shí)，目前高頻塔式機(jī)的效率只略低于模塊機(jī)，也可同時(shí)兼顧節(jié)能的需求。

“極致節(jié)能”場景

對 “極致節(jié)能” 優(yōu)先的數(shù)據(jù)中心，可首選模塊化 UPS。其運(yùn)行效率比塔式機(jī)高 0.5%，休眠功率顆粒度更小，節(jié)能更優(yōu)。但需注意，模塊化 UPS 設(shè)備故障可能更頻繁。

塔式UPS和模塊化UPS的應(yīng)用情況

現(xiàn)階段，我國高等級數(shù)據(jù)中心應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，本文將以金融行業(yè)數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)應(yīng)用情況為例，同時(shí)列舉互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(Internet Data Center,IDC)的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

金融行業(yè)應(yīng)用塔式UPS占比超過99%

通過測算顯示，2018年起金融行業(yè)1000臺以上機(jī)柜數(shù)據(jù)中心中，塔式機(jī)應(yīng)用比例超95%，占絕對主流；若回溯近十年，該場景塔式UPS占比達(dá)99%以上。2018年以來相關(guān)UPS系統(tǒng)應(yīng)用情況見表2。