浅谈台达UPS在海口人民医院UPS的应用

浅谈台达UPS在海口人民医院UPS的应用 UPS( Uninterruptible Power System )，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的 UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电;当市电中断( 事故停电 )时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS作为保护性的电源设备，它的性能参数具有重要意义，应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽，则表明对市电的利用能力强(减少电池放电)。输出电压、频率范围小，则表明对市电调整能力强，输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性，而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时，输出电压的稳定性。 还有UPS效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数，决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好，保护能力也越强，总的来说，后备式UPS对负载的保护最差，在线互动式略优之，在线式则几乎可以解决所有的常见电力问题。当然成本也随着性能的增强而上升。因此用户在选购UPS时，应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同，而选取不同类型的UPS。 一、 客户需求 海口市人民医院UPS建设主要是为是为了保障机房内弱电系统的核心设备的长期、稳定不间断运行的需要而设立的，一来通过UPS电源系统来对电网的电压信号进行稳定，以提供给核心设备更为稳定的工作电压，同时在停电时，发电机启动之前的这些时间内，弱电机房的核心设备是不能停止运行的，需要UPS给予及时的供电，以保障核心设备的不间断工作需要 。 二、 基于HIFT UPS的1+1冗余系统方案 2.1 用户需求分析 海南省人民医院构建数据机房，配置UPS系统，实际负载约25KW，详细如下表: “通信行业标准YD/T1095-2000 通信用不间断电源——UPS”标准中，表1第17项提出“输出功率因素”项目，技术要求输出功率因素?0.8。 同时考虑UPS应保证有20%~ 30%的预留量。由此可计算UPS的总容量为: UPS容量(KVA)= 23.36KW/0.8/0.8=36.5KVA。故推荐选用的UPS容量为40KVA. 由于IT应用比较重要，平时系统需要连续不间断的运行，但可以有的停电维护，但需要提前通知，在业务运行期间，绝对不可以停电，因此系统需采用冗余供电的方式。 基于以上分析，我们推荐客户选用HIFT UPS，台达HIFT UPS具有以下4大优势: 一、MTTR近于0，模块化热插拔在线维修，大大缩短维修时间 二、N+X冗余，提供系统最高的可靠性。 三、随需扩容，提供最灵活的、最经济的投资、配置策略 四、高效节能，提供最低的运行成本 UPS的容错能力强还体现在动态扩容方面。一般UPS扩容时需要打到旁路或者停机才能进行，否则一旦出错可能会导致整个系统瘫痪，所以建造机房时往往一步到位，浪费了大量的资金及能源消耗。台达HIFT UPS由于模块和系统可冗余、可实现在线热插拔、插拔模块有“防呆”设计等功能，完全可以实现动态扩容。该功能非常实用，可以为用户节省大量的资金及能源消耗。 台达HIFT UPS除了容错 性强外还具有高智能的特性，因为它是实现UPS高容错性的技术支撑。 2.2 方案及方案分析: 2.2.1 HIFT UPS的冗余配置方案 现在的实际负载为25KW，由于HIFT UPS随需扩容的性能优势，可以按照现在的实际负载先进行配置。 25KW/(0.8*0.8)?40KVA，根据客户的需求，需要冗余并联方案。 2.2.2 方案 2台HIFT 40KVA系统并联 总容量80KVA 并机系统如如下: 配置清单如下: 2台40KVA系统并联，每台UPS 2个模块，共4个模块，总容量80KVA。系统正常运行时，每一个模块均分负载，现负载量为25KW，4个模块均分负载，每个模块6.4KW均流运行。 当市电正常的时候，如果其中任意一台模块出现故障，在系统控制程序命令下自动退出系统，其余模块将自动平均分担该故障模块所带的负载。 由于实际负载容量是25KVA，实际功率容量只占2台功率模块，而冗余2台功率模块，是2+2的系统。也就是说只有在3个模块同时故障的时候，UPS才会转旁路工作，才会在无保护的状态下运行。 在系统正常运行的情况下，市电发生故障(掉电或电压超限)时，两台UPS同时转到电池逆变运行，在此期间，如果其中一台模块发生故障，该故障模块脱出系统，其余模块均分该故障模块负载后，继续正常电池逆变运行。 随着客户负载的增长，可随时在线添加功率模块，(每个模块20KVA)，最大可扩容到240KVA，已经远远超过客户对今后的扩容要求。 2.2.3 普通UPS 1+1冗余并机系统与HIFT UPS方案配置比较 2.2.3.1 可靠性比较 在本案例中，普通UPS 1+1并联冗余系统的可靠性计算公式如下: 公式中: R:表示系统可靠性 F(t):故障概率 如果单机可靠性为R(t)=0.99，代入公式得出1+1并联系统的可靠度为:R (1+1)=0.9999 HIFT UPS在方案1中，也采用主机40KVA 系统并联冗余，但由于其模块化结构设计，可组成N+X并联系统，也就是在系统冗余 的情况下在冗余，组成2+2系统，依据系统的可靠性模型，计算如下 : 其中m=2 ，n=2 计算得出 R(2+2)=0.999996 系统方案可靠度比较 通过以上对普通UPS 1+1并联与HIFT UPS N+X冗余方案可靠性分析和比较，可以得出以下的结论: 由单机1+1组成冗余供电系统，当单机可靠度为0.99时，并机系统可靠度可达到0.9999。 由HIFT UPS组成的1+1冗余系统中，当单个模块同样可靠度同样为0.99时，双系统并联组成的2+2系统的可靠度为0.9999999995，比1+1系统的可靠度高出20万倍。 另外，由单机1+1组成冗余供电系统，当单机可靠度为0.99时，并机系统可靠度达到0.9999，此值与负载量无关，也就是说，不管系统实际负载量是多少，系统永远是1+1冗余，不允许两台同时故障，可靠度永远是0.9999; 但是在HIFT UPS组成的N+X冗余供电系统，系统的实际负载量占设备容量的大小与系统的可靠度息息相关，实际负载量越低，系统可靠度越高。客户可以通过在线增加功率模块来提高系统可靠度。 2.2.3.2 经济性比较 (1)设备购置成本 未来的扩容来讲，由于普通UPS扩容非常困难，涉及到配电容量，线缆的容量，占地位置和面积，以及客户对于系统运行的可用性的要求等等相关问题的困扰，到实际负载增加时在扩容变成了几乎不可能的事情。所以，一般的情况下，客户在购置UPS的时候会考虑一次性将设备的容量买到未来预估的容量，以避免未来过载的危险。 HIFT UPS方案在初期设备采购的总容量上都可以配置低于1+1冗余配置的UPS系统，原因在于HIFT UPS N+X系统可以随着客户的实际需求增长而增长，这种扩容可以是完全不用停机，并且实施起来快速简单方便。 无论如何，HIFT UPS N+X的供电解决方案与传统1+1冗余配置方案相比，在初期设备采购时可以为客户节省大量的初期设备采购成本，可以为客户提供一个更经济的设备投资方式。 (2)设备的运行成本 在1+1冗余配置的供电方案中，采取了一次到位的投资方式，双机并联运行时，由于每台UPS负载容量仅为设备容量的18%左右，导致UPS整机效率大幅降低，仅为82%。系统长期低效率运行。以下为各类UPS统计负载量与效率关系的平均数据: ?50%负载下效率为89% ? 40%负载下效率为88% ?30%负载下效率为86% ? 20%负载下效率为82% 在1+1冗余并联的方案中，单台负载12.5KW，UPS容量为40KVA，单台负载量占比39%,其整机效率为88%，则该系统年耗电为: [(12.5KW/0.88-12.5KW)*8760h]*2=26280KWH(度) 如果以工业用电每度1.5元计算，一年电费为39420元 在HIFT UPS方案中，单台负载为12.5KW，UPS容量为40KVA，单台负载量占比39%%，由于HIFT UPS在负载量达到27%时，整机效率就可以达到94%，所以，在方案中整机效率为94%，则该系统方案设备年耗电为: [(12.5KW/0.94-12.5KW)*8760h]*2=13140KWH(度) 如果以工业用电每度1.5元计算，一年的电费为:19710元 运行成本比较: 2.2.3.3 综合比较 三、 总结 台达HIFT UPS随需扩容的灵活性，N+X冗余的可靠性，低负载时的高效率，模块热插拔技术带来的最快捷的维修时效，不但为能为海口市人民医院带来最高的可用性，方便的后期扩容性，同时还能为客户带来最低的运行成本。HIFT UPS采用模块化设计，单个模块均可在线插入和抽出，无须转旁路操作，大大提升了故障维护和未来扩容的方便性。可与数据中心IT负载合理匹配设计容量，有效的解决了因传统“为将来扩容留有余量”过大导致的UPS低负载运行情况下的低效率状态。 做好绿色数据中心建设不仅是企业的需要，也是国家节能减排工作的需要。“绿色、节能”不仅是企业对社会的责任，节能降耗更是恒久的主题。