3.3 通过系统设计选择：模块控制方式、旁路控制方式等

　　功率模块控制方式：模块化 UPS 系统中各功率模块之间需按照一定的控制方式来实现统一协调工作。目前功率模块的控制方式主要分为两种控制逻辑模式：集中控制逻辑模式和分散控制逻辑模式。控制方式的不同分别代表不同的技术流派，目前并无统一的观点，此处仅做简单介绍。

　　(1) 集中控制逻辑模式

　　集中控制逻辑需要一个独立的集中检测控制模块单元(控制模块)，检测市电的频率和相位，然后向每个UPS 模块发出同步脉冲，无市电时可由晶振产生同步脉冲，通过各个UPS 模块的锁相环控制来保证各单元输出电压同步。控制模块还要检测负载的总电流，然后除以并联UPS 模块数作为各个UPS 模块均流的参考值，与各模块电流比较后求出偏差值并调整各模块输出电流，达到均流的效果。

　　优点：集中控制逻辑模式采用独立的集中控制单元，控制逻辑层级清晰，各功率模块之间不存在竞争关系，软件逻辑可靠性较高。

　　缺点：如果该控制单元出现故障时，存在单点故障扩大化的可能。( 注：控制单元有冗余备份可避免单点故障)

　　(2) 分散控制逻辑模式

　　分散控制逻辑模式是将并联控制单元做到每个模块上，通过一定的方式(一般根据各模块的排序进行选择)来选择一个UPS功率模块做主控模块，其他模块作为从控模块。当UPS 系统中的一个功率模块出现故障时其余模块仍可以工作，当主控模块出现问题时可通过切换来使得另外一个功率作为主控模块，使系统继续正常运行。

　　优点：分散控制逻辑模式不需要独立的控制模块，故不存在这方面的单点故障点。

　　缺点：因为主控模块既要处理本身的信号，又要协调各模块之间的信号，所以控制逻辑比较复杂，软件逻辑可靠性不高。主控模块故障后，会在剩余模块中自动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。

　　功率模块控制方式各厂家差异很大，并无明显的优劣差别。但为提高可靠性，各功率模块之间的通讯总线应采用环形结构或有冗余备份模式，以防止单总线故障引起模块之间无法进行通讯，造成系统故障。

　　旁路模块控制方式：目前大容量模块化 UPS 系统的旁路控制技术主要有两种模式：1、系统集中旁路控制模式(UPS系统只有一套旁路系统);2、系统分散旁路控制模式(UPS系统内每个功率模块都有一套旁路系统)。从旁路控制所采取的器件，也可分为纯半导体器件和综合器件(半导体器件加机械装置)两种。集中旁路控制系统具有过载能力强，可靠性高的优点，分散旁路控制系统则具有可扩容性高，成本低的优点，但可能存在一定可靠性风险。

　图6：分散旁路与集中旁路

　　对于分散旁路模式，表面上看因分散布置，类似于冗余设计，一处旁路故障，其它旁路仍可工作。实际上此种分散与冗余有本质不同。因旁路器件分散，每处器件容量只是总系统旁路容量的1/N。且有器件一致性引起的均流等问题，导致静态旁路耐受瞬间电流冲击能力降低，系统可靠性降低。而模块化UPS的易扩容特性，使得一般情况下系统的冗余容量大大减小，系统实际负载率理论上将使用到70%额定容量以上。采用分散旁路控制模式时，系统的总旁路容量是各模块分旁路容量的总和。这会使得模块化UPS的系统旁路容量实际上更加接近系统额定容量。一旦发生逆变器过载(可能发生在设备开机时)，UPS将切换到旁路输出模式，如果旁路容量不足以承担负载，将会造成输出掉电甚至UPS器件的损坏。而在某一功率模块故障时，系统也会同时损失该模块提供的分旁路容量，系统将存在更大的旁路过载风险!另外的风险还有，在向旁路模式切换时，各功率模块必须保持时间上的严格一致，否则也同样会因为部分功率模块未及时切换造成系统故障!

　　因为分散旁路控制的种种缺点，建议用户应选用系统集中旁路控制模式(系统总旁路容量是固定的，不会因为功率模块损坏而变化)，并在初期规划时就考虑好系统所需要的总旁路容量。

　　3.4 通过易用性设计选择：操作方便、维护简单、支持热插拔、监控屏幕等

　　热插拔功能：根据 《YD/T 2165-2010 通信用模块化不间断电源》的定义，模块化UPS应由输入配电部分、输出配电部分、功率模块、监控模块等组成。模块具有以下属性： A、机械上具有独立的框架结构; B、具有完整独立的功能; C、模块之间应能协同工作。

　　功率模块 ：包括整流、逆变、充电(可选)、功率因数校正和相关控制电路，功率模块是UPS系统的主要模块，UPS系统正常工作模式下具有热插拔和并联冗余工作功能。

　　监控模块 ：其负责实时监视 UPS 系统工作状态、采集和存储 UPS 系统运行参数，故障记录存储和故障诊断，应具有热插拔功能。

　　由此可知，除了功率模块外，监控模块也需要支持热插拔，这样才不会在监控模块发生故障时无法快速替换，而且监控模块在进行热插拔时不应影响到系统的正常工作。

　　除监控模块之外，为进一步提高系统的可维护性，还应要求厂家提供旁路模块热插拔功能。尤其是采用集中旁路控制的模块化UPS，因旁路系统的唯一性，更应该具备旁路模块热插拔的功能，在旁路模块被抽出时不能影响到系统的工作(部分厂家的UPS只有切换到维修旁路时才能进行旁路模块的替换)。

　　免拨码开关：部分厂家的UPS在安装时需要在机器内部调整拨码开关(一般是功率模块地址顺序)，对于不熟悉UPS的用户来说，该操作很容易出现错误，难以体现模块化UPS的易安装特性。因此应要求模块化UPS具备功率模块自动分配地址的功能，而无需手动设置。

　　统一的监控：目前模块化UPS监控系统有两种控制方式：

　　(1) 集中一体化控制方式

　　集中式一体化控制方式是系统内，仅有一套监控系统，所有工况及状态集中监视，集中管理。

　　(2)单机架独立控制方式

　　单机架独立控制方式是系统内每一个机架均配置有各自独立的一套监控系统，系统的工况及状态，受到每个独立机架的监控系统影响。系统参数调整只能够每个机架各自人工同步调整，再通过并机通信线组成大系统，控制逻辑复杂。

　　模块化UPS作为一个整体，应像塔式UPS一样具备独立的监控系统，用户可以通过监控屏幕进行参数设置、状态查询、告警查询等操作。而不用单独对功率模块或内部的机架再进行设置，UPS内部所有功率模块的状态都可在监控屏幕上进行查询。部分厂家的模块化UPS系统可能存在多块操作屏幕(甚至每个功率模块都有一个)，设置时需要逐个进行操作，非常不方便。模块化 UPS应采用集中式一体化控制方式，以便集中化监视管理，参数调整一步到位。不应采用单机架、单模块独立方式。

　　除上述要求之外，模块化UPS还应具备一般UPS的通用特性，如支持各种通讯接口、可通过WEB访问、能自动发送故障告警、可视化的网管平台、能提供通讯协议与第三方网管系统互联互通等。

　　3.5 通过制造工艺选择：结构件、导轨、三防漆、生产工艺等

　　结构件的要求：模块化UPS因功率密度较高，其机柜内部结构件需要具备更强的承重能力，在一些特殊区域还应具备一定的抗震能力。这时应要求厂家提供抗震的加固组件，同时提供通过相关抗震测试的有效证明文件。对于内部使用铜排进行连接的地方，应能满足UPS最大通过电流，温度的升高不应超过正常范围。

　　模块化UPS因为需要对功率模块、旁路模块等进行热插拔动作，对模块的工艺要求较高。如尺寸必须严格一致，否则会出现插不准的情况;接插件必须经过严格测试，防止多次插拔后出现接触不良或变形等问题;同时为方便维护，功率模块插槽中还应设置导轨，方便用户轻松插拔功率模块。另外还要注意结构件边缘是否光滑，维护操作是否方便等。

　　环境防护：很多UPS在出厂后并不会立即投入使用，而是在代理商的仓库中存放很长时间。尤其在一些地区，如广东、海南等地因为天气湿热、靠近海边，长期储存的机械往往出现锈蚀、霉斑等现象。另外在一些工矿企业或机房环境不好的地方，粉尘也会对UPS带来影响，如堵塞通风孔、造成内部器件短路等。因此，一些质量控制较好的厂家会通过对机器外壳做防锈处理，同时对内部板件通过喷涂三防漆等工序来提升UPS抵抗盐雾、腐蚀、粉尘的能力。在南方地区和UPS使用环境较差的地区，用户应要求UPS生产厂家提供更高的防护工艺，如内部主要单板喷涂三防漆等。

　　关键器件的要求：UPS使用较多的器件有IGBT、DSP、空开等。一般国内小厂家为降低成本，可能会使用一些质量较差的器件。因此对关键器件，应要求厂家使用国际知名的大品牌产品，如ABB、施耐德等。一些重要的原材料(如电池、空开、功率器件等)，还应要求厂家提供相关采购证明材料，防止厂家以次充好。

　　3.6 通过售后服务选择：厂家实力、交付能力、维护网点、备件采购等

　　UPS生产厂家众多，产品质量也参差不齐，用户应该如何选择UPS的品牌?

　　首先，选择有自研实力的厂家。UPS行业的销售主要分代理销售和厂家直销两种，其中代理销售是中小功率产品的主要模式，大功率UPS一般采用厂家直销或厂家配合代理商销售的模式。因此应区分代理和原厂的区别(有些代理商往往通过贴牌生产，宣称是自己的产品)。应选择大的代理商或厂家，以免后续使用出现维保纠纷。应要求厂家或代理提供原厂证明文件，查询厂家的人员规模、生产规模、销售数据等信息。保证厂家提供的是自主研发产品，以免出现问题时厂家技术人员不能及时解决。

　　其次，选择有售后能力的厂家。一般大的生产厂家会在全国各地设有服务网点(一些大公司在全球各主要国家都有服务网点)，在故障处理速度、维护人员资质上要远远优于小厂家。如果是代理商销售，应要求代理商提供相应的维护服务，以及厂家授权的维护资质等。

　　再次，选择能长期合作的厂家。UPS行业竞争激烈，目前行业内的收购与整合也愈演愈烈，不少实力不足的厂家都将面临被吞并或出局的危险。如果用户选择了这些厂家的产品，以后的维护与备件采购将会非常困难。因此对于那些希望进行长远规划，注重稳定合作关系的用户，建议应尽量选择大公司大企业的产品。尤其是中大功率模块化UPS，对技术要求较高，大厂家的产品质量也更加值得信赖。对于采购额较大的项目，用户可以提出对厂家进行参观的要求，在近距离观察生产厂家的实力与水平后再决定是否采购。

　　3.7 用户常见问题

　　1、旁路模块是否需要支持热插拔?

　　从可靠性的分析结果来看，在模块化UPS系统中，旁路模块是制约系统可靠性的关键点，因为集中旁路设计没有冗余(分散旁路虽然可靠性高，但存在过载风险)所以旁路模块也需要支持热插拔。

　　2、功率密度高会不会影响UPS散热?

　　模块化UPS一般在设计时会进行严格的热仿真分析，同时在研发阶段也会进行大量的实验，测试机器各部位的温度，保证UPS内部器件热均匀。功率模块中一般会有风扇进行强制风冷散热，保证产品内部热量能够及时散出。做得比较好的产品还会具备风扇智能调速、风扇冗余等设计，提升风扇与UPS整体的可靠性。另外，可以查看UPS的工作温度范围，一般好的产品可以工作在更高的环境温度下。

　　4. 总结

　　选用模块化UPS要考虑多方面的因素，用户可通过下表进行快速选择。

表5：模块化UPS指标评价表

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　　责任编辑：余芯