UPS架构概述
UPS发展至今从架构上可以分为塔式一体化UPS和模块化UPS两大类。塔式一体化UPS(又称塔式UPS)是根据功率容量的不同而选取对应功率元器件进行选型和设计。而模块化UPS最早出现于上世纪90年代后期，其设计理念即把塔式UPS内部的部分器件独立封装起来并联工作以达到方便更换和维修的目的。
由于两种类型的UPS架构的不同而导致的应用方面的差异性，下表给出比较详细的优缺点对比：
图一
两种不同的UPS各有优劣，那么在机房设计时该如何选择?先来看看下图第三方研究机构“Ponemon Institute”对数据中心宕机原因的分析可知，29%的宕机原因是由UPS供电系统造成的，占数据中心宕机的原因第一位。
图二
因此UPS作为数据中心的核心供电设备只有基于可靠性为前提下，其它的热插拔，易于维护，易扩容等功能才具有意义。下面就从可靠性出发来分析这两种不同的UPS的差异。
平均故障间隔时间(MTBF)作为一种可靠性依据已经使用了近60多年。而随着时间的推移目前已经出现了20多种预测生命周期的方法和程序。因此如何计算MTBF也一直是一个争论不休的话题。那么如何在统一的标准下比较MTBF才是有意义的?
为了能够在一个统一的标准下来谈论UPS可靠性，以下两个条件需要澄清：
1：UPS系统输出中断，负载掉电。
2：UPS内部故障，如整流器故障，模块故障，系统转至静态旁路模式继续供电。
目前大多数的厂商在计算UPS的MTBF时均以带静态旁路为模型计算，因此MTBF是一个非常高的数值。但从严格意义上来讲，旁路模式已经算是一种故障模式，因为此时的用户负载是完全暴露在无保护的电网环境中。因此从实际场景来看，真正需要关注的是UPS能够逆变带载模式下的可靠性。
下表则是目前典型的塔式一体化UPS及模块化UPS单机MTBF的数据对比。由此可见在排除静态旁路，逆变模式下的系统MTBF塔式一体化UPS比模块化UPS高出约3.3倍。
图三
元器件的数量对可靠性的影响
塔式一体化UPS是根据实际功率来选择对应功率元器件，所有元器件一起同时工作来组成相应容量功能。而模块化UPS由于其架构的特点，每个功率模块均构成一套独立的UPS系统，多个小模块容量并联从而构成相应容量UPS。所以相同容量的模块化UPS比塔式一体化UPS的元器件要多出数倍。
下表为典型的500kVA塔式一体化UPS及模块化UPS的主要元器件数量对比：
图四
根据元器件数量来计算得到的故障率对比图如下：
图五
故障率(Fit)是指正常工作的产品在规定时间之内，产品中丧失其规定的功能的产品所占比例。
因此从上述表格中元器件数量和其故障率可以知道，元器件越少，可靠性越高。而模块化UPS整体的元器件数量包含电阻，电容，电感，二极管，三极管等数量均远远大于塔式一体化UPS，故塔式一体化UPS的故障率是远低于模块化UPS的。
模块并联对可靠性的影响
模块并联对UPS可靠性影响主要分为两个方面：
• 多模块并联数量超过1+1时对可靠性的影响
• 模块并联环流对系统可靠性的影响
1：根据马里兰大学可靠性研究中心数据表明，当系统一旦超过四个模块(3+1)，“N+1”系统的复杂性便明显开始损害系统可靠性。那么对于模块化UPS而言，目前机柜内模块并联数量N通常均大于4。加上机房设计是2N架构时，模块化UPS的并联模块数量将远远大于塔式一体化UPS。因此大量模块并联的系统可靠性是低于塔式一体化UPS的，如下图所示。
图六
2：对于交流UPS逆变电压的控制是关键，而对于模块化UPS则因为多模块化逆变并联输出，每个模块之间的输出环流控制就是一个避免不了的问题。下面从原理上做一个简单说明。
首先分析并联环流的影响。假定两个UPS模块并联使用时，因为其输出为标准正弦波，因此当输出电压具有电压差时，在某个瞬间t1时，波形如下。
图七
UPS1和UPS2为并联模块，共同对负载Z供电。其逆变输出的电流分别为i1和i2。负载Z的电流为i3。两个UPS的内部等效输出阻抗分别为Z1和Z2。
图八
上述模型仅仅分析了两个UPS模块并联时的情况。当并机模块数量增多时，如下图所示，则每个UPS模块之间的输出电压、相位、UPS内阻均需要达到一致才能抑制环流的产生。因此对于多模块并机系统而言，模块并联数量越多则环流的控制难度越大，故障率越高。
图九
由以上公式及模型可知，在模块化UPS的各模块输出电流由供给负载的电流和环流叠加而成。而环流的幅值则由两个输出电源之间的电压差决定，其造成了两个UPS模块输出功率的差异。在模块并联时，环流第一会增加线路中阻抗的损耗，第二会造成并联模块之间的电流互灌。这样将导致在模块并联输出时负荷较大的UPS可能出现过载，从而导致过载模块自动退出，引起连锁反应使得系统转至旁路模式。严重时将会出现模块内部IGBT损坏引起短路，从而引起整个UPS宕机。
新旧模块混用对可靠性的影响
IT系统一般每三到五年会进行升级，而电源基础架构必须服务于数据中心的整个生命周期，通常是十年甚至更长的时间。那么对于UPS制造商是否会为模块提供10年甚或更长时间的支持?扩展模块是否可用?价格如何?供应商会保证这段时期的向后兼容性吗?如果更换的新模块与旧有模块产生了一定的兼容性，那么新旧模块在并联时就很可能由于内部逆变器阻抗等原因导致并机失效。
以目前UPS的正常使用寿命，比如10年来看，模块UPS在不断进行模块更换的时候会在以下方面影响其可靠性：
图十
综上所述，从元器件数量带来的故障率差异，模块并联数量及新旧模块并联等造成的可靠性下降等方面不难看出，塔式一体化UPS的可靠性高于模块化UPS。
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