浅谈模块化ups的技术选择(分散旁路和集中旁路)

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1、浅谈模块化UPS的技术选择1-引言近年來，随着互联网、云计算、移动互联网和物联网等技术的快速发展，数据中心系统规模不断增人，至要性越來越高，其对系统弹性、可用性、运营效率、可运维性等提出了更高的要求。作为数据中心供配电系统的关键组成部分，UPS无疑需要匹配这种要求。在此背景下，UPS模块化己经成为业界的共识。与传统塔式机相比较，模块化UPS具有以下优势：1）投资有效性：随需扩容，节省初期投资：2）模块冗余髙可靠性：避免出现重大断电事故；3）易维护性：在线热插拔，维护简单快速，无须转旁路；4）节能环保性：对电

2、网污染小，高效率及模块休眠等技术减少能源浪费。正因为具有如此众多的优点，日前大多数UPS厂商都已发布模块化UPS,越来越多的用户已经或正在考虑使用模块化UPS建设新数据中心。但现今市场上的模块化UPS所采用的技术不尽相同，客八在选用过程中有一定的困惑，本文将基于笔者的应用实践与理解对两种主流架构的模块化UPS进行剖析，希望能给各位读者-•些帮助及启发。2.模块化UPS的两种典型架构1）分布式架构图1屮展示了分布式模块化UPS的系统架构。通讯信号图1分布式结构的模块化UPS架构分布式是甲期模块化UPS经常使用

3、的一种架构。此类模块化UPS系统层面上等价丁-数台独立的UPS直接并联，其功率模块利用小型UPS改造而成,可自主独立工作，其特点是：①除整流、逆变的控制外，均流与逻辑切换也由内部控制单兀控制;②内迁容量与功率模块容量一致的静态旁路，在旁路模式吋，山每个模块内的静态旁路共同承担负载。2）分布+集屮式架构与Z和对应，图2展示了另一类架构的模块化UPSo控制单元模块1功率单元通讯信号控制单元臧2功率单元•••控制单元模块n功率单元丽负载汇流旁路模块模块n图2分布+集中式结构模块化UPS架构分布+集中式结构的模块化

4、UPS设备所有的功率模块内B!控制单元用于本模块的整流器与逆变益控制，而将整个系统的均流及逻辑切换等功能从模块内部控制单元中提取出來，由一个集中的控制模块控制。为了消除可能引入的单点故障,该控制模块及相应通讯总线均进彳亍1+1冗余。当一个控制单元出现故障时，整个UPS系统中功率模块可由另一处于热备状态的控制单元无缝接管系统控制,保障系统不间断运行。同时，功率模块内不再内置静态旁路，系统配置一个静态旁路模块，其容量即为系统容量。2.分散控制与分布+集中控制逻辑模式对比分布式架构的模块化UP8采用分散控制逻辑模

5、式，系统中每个模块都含有-个完整独立的控制单元，系统的主控模块会通过一定的逻辑规则从系统内所有模块中选出，其余模块作为从控模块听从主控模块调度。当UPS系统中的一个从控模块出现故障时其余模块仍正常工作，当主控模块出现故障时对通过一定的竞争规则来使得另一个模块作为主控模块，保障系统继续止常工作。分散控制逻辑模式的优点在于每个控制单元都可以完成对系统独立控制的工作，故不存在这方面的单点故障点。但缺点也很明显，首先因为主控模块既耍处理本身的信号，乂耍协调各模块Z间的信号，所以控制逻辑比校复朵，软件逻轿可靠性不高。

6、其次各主控模块故障后，会在剩余模块屮竞争产生一个模块作为主控模块，该过程中也容易发生竞争失败导致系统故障。分布+集中式架构的模块化UPS功率模块内整流、逆变的控制是分布的，而均流逻辑等控制则是集中控制模式，即采用独立集小的控制模块（如图2屮控制模块）来检测市电的频率和相位，然后向每个模块发出同步信号，各个功率模块接受到此同步信号后通过口身的控制环输出相应频率相位的正弦波。当市电丢失时，集中控制模块会自激产生同步信号发送给各个UPS模块來保证各单元的输出同频同相。同时在均流的控制实现形式方面，集中式架构的模块

7、化UPS依靠控制模块来检测整个系统的负载电流，然后除以系统模块数址来作为各个UPS模块的均流参考值，进而与各模块输出电流比较后求出偏差值來不断调整各模块的输出电流，以保证系统内模块间良好的均流度。分布+集屮控制逻辑模式的优点在于采用独立的均流与逻辑控制单元，均流度更好，且控制逻辑层级消晰，各功率模块之间不存在竟争关系，软件逻辑可靠性较高。为了保证集中控制单元的可靠性，避免单点故障，一般采用该架构的UPS控制单元及通讯线路均会做1+1备份。1+1热备份是最常用的备份方式，其可靠性在各类系统长期运行实践中12得

8、到验证。综合來说，集中式兀余架构具有的优势是明显的。2.集中旁路与分散旁路对比正如木文中两.种架构图所示，冃前大容量模块化UPS系统的旁路控制技术主要有两种模式：1、系统集中旁路模式（UPS系统内只有一套旁路系统，如图2所示）；2、系统分散旁路模式（UPS系统内每个功率模块都有一套旁路系统，如图1所示）。集屮旁路系统具有过载能力强，可旅性高的优点，而分散旁路具有可扩容，成本低的优点，但可能存在一肚的可靠性风险。对