当前，互联网、云计算和大数据产业加速发展，全球已经掀起数字化转型的浪潮，数据中心正在向规模化、集中化、绿色化、布局合理化发展。作为重要基础设施之一的 UPS 电源系统，大容量、模块化的概念已逐渐被人们接受，模块化产品具有工厂预制、缩短工期、快速扩容等特点， UPS 大功率、模块化趋势不断加强。但随着供电容量的增加、用电功率的提高，面对 MW 级容量的配电系统，如何构建一个安全可靠、高效运营的模块化 UPS 系统？如何保证大功率模块的热插拔可靠性？如何实现大功率模块的快速故障维护？
下面，就来看看溯高美索克曼新近推出的 MODULYS XL 大功率模块化 UPS 的应对之道。
一、合适的模块颗粒度
对于一个 MW 级的配电系统来说，如果仍然采用中小功率模块的方案，会存在模块并联数量过多的问题。UPS 模块并联数量的增加，意味着系统的故障率也会显著上升 [1]。
[2]
其中：Kpm 为模块数量，Ts 为运行时间，MTBFpm 为模块的平均无故障时间
以一套 1.2MW 的模块化 UPS 系统容量为例：按照运行时间 10 年，平均 MTBF 30 万小时计算，如果设计使用 40kW 的中小功率模块，整个系统需要 30 个模块，N 故障次数为 8.7 次，随着模块数量的增多，系统故障次数呈上升趋势；而如果使用 200kW 的高功率模块，整个系统仅需要6 个模块，N 故障次数降低为 1.7 次。可见在设计大型、超大型数据中心时，需要考虑功率模块颗
粒度的问题。虽然功率模块的故障不至于引起 UPS 系统的输出中断，但是必须对此引起足够重视。因为系统的故障率还与后期运行维护成本 TCO 相关联，系统故障率越高，TCO 的运维成本也越高。TCO 的成本包括模块的维修费用、运维人员的工作量、物流管理费用等。故障模块的更换，会涉
及到更换新模块、人工维修成本的增加，以及对客户运行所产生的困扰。
为获得适当的功率颗粒度，还需要在系统平均无故障时间和自身冗余之间取得平衡 – 既不会因模块数量过多而导致的故障率增加与过高维护成本，也不会因缺少模块而导致的可用功率有限损失。考虑到这一点，MODULYS XL 设计与大型 UPS 系统相匹配的功率模块，推出基于 200 kW 为
基础单元的高功率 UPS 模块，可部署 200 至 1200 kW 的 UPS 单机，也可以并联安装多达 4 台机器，通过类似于搭乐高积木的组合方式，与 MW 级的供电系统做最合理的匹配。
二、坚固的热插拔结构
众所周知，热插拔功能是实现模块化 UPS 快速部署、快速维护的最重要功能，热插拔部件的安全性关系到模块的安全更换及整个系统可靠运行。而大功率模块由于使用大电流高功率的元器件与散热单元，模块单元本体的重量一般较重。如果功率模块的插拔结构设计仍采用传统中小模块的针孔型插座与电缆连接的方式，在模块更换时，容易发生针孔压坏、插座变形、接触位置错位方面的问题，严重的会带来整个系统的故障短路风险，增加模块与系统的故障率。
为了提高大功率模块在热插拔连接的坚固性与可靠性，MODULYS XL 特别使用了溯高美索克曼专利设计与生产的模块热插拔连接系统，这一连接技术源于溯高美索克曼公司开关产品的成功设计开发，整个连接系统采用全铜排设计，确保功率模块与机柜之间连接的坚固、安全与可靠。200kW 的功率模块仅需一个人即可在 5 分钟内轻松完成添加或拆卸功率模块的过程，无需连接任何其它的电源或控制电缆。
此工厂预制的连接系统包括：
机柜带有内置的铜排母线，用于机柜之间以及和功率模块之间互连。 利用自动伸缩式稳定装置，实现了轻松且安全的模块操作。 利用导轨和滚珠轴承的组合使得模块可顺畅插拔。 连接系统的机械装置与电气控制相耦合，保证模块操作的安全性。 当连接扭力达到正常值后，扭力显示器主动提示，并启动自动保护装置防止连接过程的人为错误或者过度连接。
三、创新的大模块维护方式
模块化 UPS 特别是大功率模块在更换与维护方面涉及许多技术问题，并不是想象的这么简单。例如：新旧模块的版本兼容问题、新模块在并入系统运行前的功能性能确认、新模块的预测试等。
为实现无风险维护，消除生命周期的管理风险，MODULYS XL 在大功率模块的维护方式上做了革命性的创新设计，利用简便且详尽的预测试方案，使得模块所配备的固有功能和性能得到充分验证，确保万无一失。主要体现在以下方面：
新旧模块的固件版本自动兼容。 在扩容或模块替换期间，负载完全在双转换模式下并得到保护。 在双变换模式下全面保护负载的同时，可对功率模块和静态旁路进行维护。 完全取出模块后，可即刻在现场对模块进行 360 度维护和各种测试，离线检修测试不影响系统的正常运行。 用于内部温升检测的 63A 插头。 在维护模块后或者新模块并入系统前，对模块进行预检测、无需假负载的老化带满载测试。 确保在重新插入关键系统之前模块的功能得到完全验证。
结语
当今的关键基础设施需要在灵活性、快速部署、以及物理产品和扩展服务方面都保持最佳可
用性与可靠性。利用模块化 UPS，可以解决许多问题。但是，并非所有模块化 UPS 系统的结构都是一样的。如今，市场上的许多 UPS 只要包含多个功率砖块就声称为“模块化”，但实际上并没有提供真正模块化所必须具备的功能和优势。我们努力了解客户的需求和关注点，根据大功率UPS 市场的具体要求对系统进行调整，并创造一个具有真正模块化优势的解决方案。
参考文献
[1] Modular UPS Market, Global Forecast – Markets & Markets
[2] Bayesian Statistics Applied to Reliability Analysis and Prediction – Allan T. Mense – statisticaldesignmethods.com
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