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UPS效率效用成本分析

   　現(xiàn)如今，不間斷電源(UPS)的效率評級在數(shù)據(jù)中心管理人員尋求降低能源成本的決策中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，盡管這些評級仍然是企業(yè)數(shù)據(jù)中心進行成本分析的重要因素，但是逐一的并列比較通常并不考慮潛在容量對效率的影響，而這可能掩蓋了一款UPS系統(tǒng)的凈效率。

UPS效率評級意味著什么
UPS的效率評級是以一個百分比的形式表示了被用于輸入供電以支撐您數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵工作負載的原始電力資源較之在UPS的操作中所損失的電力資源的比例。例如，一款效率為96%的UPS將96%的輸入供電傳送到工作負載，而一款效率為94%的UPS將94%的輸入功率傳送到輸出。這也意味著上述兩款效率不同的UPS的電力損耗分別為4%和6%，或者說是OPEX的浪費。
然而，雖然逐一的并列比較顯示了一款能源效率為96%的UPS將產(chǎn)生更大的能量節(jié)省，但是其經(jīng)常忽略了這些“銘牌額定值(nameplate)”僅僅只代表了全負載的效率。

容量利用率如何影響效率
UPS的效率評級并不是靜態(tài)不變的。相反，其遵循主要由功率容量百分比利用率所決定的一條曲線。例如，當一款額定功率為96%的200kVA UPS以20%容量(40kVA)運行時，將只有85%的輸入功率到達工作負載。然而，在最佳操作的滿載條件下，相同的UPS能夠?qū)H僅只有4%的輸入功率作為不可用的OPEX。
一款UPS的效率最終是由UPS潛在的不固定損耗和比例損耗來計算的。雖然比例損耗——以散熱的形式(“I2R”損耗)直接與負載的增加相關(guān)聯(lián)，但是一款UPS的固定損耗(或“空載”損耗)仍然保持恒定不變，而與流經(jīng)UPS的電流量無關(guān)。這意味著當對部分負載的UPS進行評估時，固定損耗將對效率產(chǎn)生更為顯著的影響。
為了更清楚的加以說明，廣大讀者不妨考慮兩款不同的UPS系統(tǒng)的效率曲線(如圖1所示)。A款UPS的額定效率為96%，而B款UPS的 額定效率則為94%。

圖1、通過從0到100%的不同容量的效用和IT負載的測量分別得出的兩款不同的UPS系統(tǒng)的效率曲線之間的差異。

當在對比選擇決定兩款UPS中的哪款更更有效時，滿負載容量情況下，效率為96%的UPS A將是合乎邏輯的選擇;但當在不同的操作容量能力情況下進行對比時(如下表2)，結(jié)果便出現(xiàn)了大反轉(zhuǎn)。在容量能力低于50%的情況下，“效率較低”的UPS的實際效率要比效率為96%的UPS更高效。

30%的容量負載
50%的容量負載
100%的容量負載
UPS A 效率為98％
效率為89.5%
效率為92.0%
效率為96%
UPS B 效率為98％
效率為91.5%
效率為92.5%
效率為94%
圖2. UPS A的固定損耗要略高于UPS B的固定損耗，這使得在低于50%的工作負載的情況下，UPS B成為較理想的選擇。
考慮到當運行冗余UPS系統(tǒng)或當預(yù)期的基礎(chǔ)設(shè)施擴展時，一款UPS在低于一半容量的情況下使用是屬于標準的程序，這些曲線的比較需要強調(diào)基于真實操作情況來評估UPS的效率。這意味著需要開發(fā)準確反映現(xiàn)實操作的效用成本模型，而不是僅僅依靠銘牌評級。
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如何建立一個基本的效用成本模型
步驟1：確定預(yù)期的UPS負載容量(kW)。
步驟2：確定負載容量情況下的輸出效率。
步驟3：確定您的電費。
步驟4：使用標準公式計算：
(每千瓦時成本 X 年度運行小時數(shù))X(UPS額定功率 X負荷利用率)/UPS負載使用效率
根據(jù)通過上述四個步驟所收集到的信息，一個基本的效率分析的示例將如下所示：
• 負載容量能力：40%
• 負載容量的輸出效率：92%
• 電力成本：每千瓦時10美分
• 750 KVA UPS的功率因數(shù)為0.9;而額定功率為675 kW
• 一年的運行時間為8760小時(24小時×365天)
對于這個具體的例子，操作成本的計算將是：
(10美分×8760小時)×(675千瓦×40%的容量)/(92%效率) =一年的效用成本為257086美元。

UPS的設(shè)計如何影響效率
通過在UPS旁路上運行，一些UPS系統(tǒng)可以實現(xiàn)99%的效率。這種操作模式有許多叫法，包括節(jié)能模式、高效率模式，生態(tài)模式和睡眠模式。重要的是要知道：既定的效率評級是一個旁路模式還是其代表了您數(shù)據(jù)中心所偏好的首選操作經(jīng)營模式。
首先，咨詢UPS制造商或銷售代表，其效率評級是否包含某種類型的旁路操作。然后，考慮效率評級是否反映了您數(shù)據(jù)中心的實際操作狀況，以及您數(shù)據(jù)中心是否要在旁路運行UPS?
• 如果答案是否定的，那么請按照上文“如何建立一個基本的效用成本模型”的步驟2所述，獲取真實的效率評級。
• 如果答案是肯定的，請考慮您數(shù)據(jù)中心進入此模式的頻率。通過計算運行和沒有運行旁路模式(預(yù)期持續(xù)時間)，調(diào)整您的模型以反映這一點，然后將成本加在一起，來看看一整年的操作是什么情況。
在旁路運行是提高效率的一個很好的方法，但是其可能會危及您的數(shù)據(jù)中心的可用性。此外，了解如何旁路操作是如何實現(xiàn)的非常重要。例如，您應(yīng)該考慮是否使用了靜態(tài)開關(guān);逆變器是斷開還是接通的;以及什么類型的故障將傳遞到您的關(guān)鍵負載。
此外，還有其他方面的設(shè)計決策可能嚴重影響到數(shù)據(jù)中心的可用性：
• 使用接觸器和保險絲，而不是斷路器
• 采用瞬時負載靜態(tài)開關(guān)代替連續(xù)工作
• 從UPS上消除隔離變壓器

結(jié)論
正如我們所證明的那樣，根據(jù)容量利用率的不同， UPS的效率會有很大的波動起伏�；谶@樣的事實，數(shù)據(jù)中心管理人員對部分負載配置將如何影響一款UPS系統(tǒng)的性能和效率有一個透徹的了解，以實現(xiàn)一個準確的效用成本模型是必不可少的。然而，電費成本僅僅只是總擁有成本分析的一個組成部分。
任何成本分析必須包括維護、可靠性和監(jiān)控，尤其是UPS設(shè)計對于IT系統(tǒng)可用性的影響。了解一款UPS系統(tǒng)如何實現(xiàn)其效率評級及其對可用性的影響也是至關(guān)重要的。高效率的UPS可能不是最容錯的，并且可能不是極端關(guān)鍵環(huán)境的最佳選擇。
通過恰當?shù)淖稍円恍﹩栴}，并做一些數(shù)學(xué)性的計算分析，將有助于您數(shù)據(jù)中心找到最適合您企業(yè)需求的特定操作的UPS系統(tǒng)。 

高頻機和模塊化UPS電源的優(yōu)缺點

1、高頻機UPS電源優(yōu)缺點

高頻UPS又稱模塊化高頻UPS，這種UPS電源主要采用采用抽屜式高智能模塊化設(shè)計，可通過增減柜內(nèi)UPS模塊來滿足功率輸出輸入及可靠性要求，具有極大的彈性，實現(xiàn)最佳性價比。具有易插拔功能，不僅可以通過增減機柜內(nèi)的模塊來滿足功率輸出及可靠性要求，只要冗余允許還可以在線進行維護，實現(xiàn)零維修時間。采用全數(shù)化控制技術(shù)，集中了當今電力電子和自動控制領(lǐng)域先進的技術(shù)成果，是UPS行業(yè)技術(shù)革命的一塊里程碑。

高頻UPS電源有體積小，重量輕;對市電電壓波動的適應(yīng)能力較強;可以使用市電輸入功率因數(shù)達到0.99以上，使市電輸入電流的諧波含量小于5%，對市電電網(wǎng)的污染小，可以消除可聞噪聲(包括電噪聲和機械噪聲)等優(yōu)勢。

高頻UPS必須采用可以在20kHzUPS中工作的高頻IGBT,這種IGBT價格貴、貨源少，有嚴格的電壓、電流工作區(qū)域，抗沖擊能力差，可靠性低，故障率高。

2、模塊化UPS電源優(yōu)缺點
從設(shè)計原理方面來講，其模塊本身就是一臺UPS電源，包括整流器、靜態(tài)旁路開關(guān)及附屬的控制電路等。模塊化最大的優(yōu)點是能夠提高系統(tǒng)的可靠性和可用性，一個模塊出現(xiàn)故障并不會影響其他模塊的正常工作，其可熱插拔性能夠大大縮短系統(tǒng)的安裝和修復(fù)時間�？梢�，模塊化UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極具彈性，功率模塊的設(shè)計概念是在系統(tǒng)運行時可隨意移除和安裝而不影響系統(tǒng)的運行及輸出，使投資規(guī)劃實現(xiàn)“隨需擴展”，讓用戶隨業(yè)務(wù)發(fā)展實現(xiàn)“動態(tài)成長”，既滿足了后期設(shè)備的隨需擴展，又降低了初期購置成本。用戶在預(yù)計UPS電源容量時，時常會出現(xiàn)低估或高預(yù)計等情況，模塊化UPS有效地解決以上問題，幫助用戶在未來發(fā)展方向尚不明確的情況下分階段進行建設(shè)和投資。當用戶負載需要增加時，只需根據(jù)規(guī)劃階段性的增加功率模塊。

模塊化UPS可以根據(jù)當前的業(yè)務(wù)需求進行配置，并且能夠在以后添加更多的模塊。這種系統(tǒng)的優(yōu)化能力顯著降低了總擁有成本。模塊化設(shè)計在重新配置功率以滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求方面，提供了極大的靈活性。在安裝、升級、重新配置或移動模塊化系統(tǒng)時，其獨立組件、標準接口以及簡單的操作既節(jié)省了時間又節(jié)省了費用。