VERTIV. 维谛技术 维谛技术白皮书 数据中心UPS分级选型指南
Vertiv数据中心UPS分级选型指南 目录 CONTENTS 简介 1 1UPS架构概述 1 2塔式一体化及模块化UPS可靠性对比分析 2 2.1元器件的数量对可靠性的影响 2 2.2模块并联对可靠性的影响 3 2.3新旧模块混用对可靠性的影响 5 3UPS可靠性对数据中心的影响 6 3.1可靠性与可用性的关系 6 3.2UPS可靠性对运维管理的影响 6 4数据中心分级及选型 8 4.1数据中心分级 8 4.2匹配数据中心分级的UPS选型 9 结论 10
VERTIV. 维技术 当今随着科技的发展，互联网及大数据的快速扩张应用，数据中心的重要性也不断提升.UPS系统作为基础供电 设备，其可靠性对于数据中心安全运行起到非常关键的作用.
而UPS类型与拓扑结构的多样组合和快速演化对UPS可 掌性提出更高挑战.
本文就常用的塔式一体化UPS及模块化UPS的可靠性进行分析，阐述如何在不同的应用场景进 行合适的UPS选取.供数据中心设计者及用户参考.
1UPS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 功率客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： 塔式一体化UPS 模块化UPS 元器件少，控制逻辑简单 内部模块冗余，可热播拔 优点 无井联组件，无环流隐患 易维护，易扩展 部件级维护，维护成本低 随需扩容，按需分配 内部元器件一起工作，功率部分无余 整机元件繁多，各模块为独立运行的单元，控制复杂 缺点 维护时间较模块化UPS长 多模块并联，存在并机“环流“故障隐患 设备容量固定，不易扩容 新旧模块的混用兼容隐患 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“PonemonInstitute” 在2O16年对数据中心岩机原因的分析可知，29%的容机原因是由UPS供电系统造成的.占数据中心岩机的原因第一 位.
数据中心号机原因统计 ■UPS系统放障 ■网络攻击 人为误操作 空调及水系统故障 ■气象灾害 油机故障 3% 24% IT设备故障 其它 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.
Vertiv数据中心UPS分级选型指南 2塔式一体化及模块化UPS可靠性对比分析 平均故障间隔时间（MTBF）作为一种可靠性依据已经使用了近6O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.
典型高频UPSMTBF(25°C) 不考虑静态旁路系统 考虑静态旁路系统 塔式一体化UPSMTBF典型值 104 970 1 002 429 模块化UPS MTBF典型值 那么主要影响塔式一体化及模块化UPS的可靠性有以下三点.
2.1塔式一体化及模块化UPS可靠性对比分析 塔式一体化UPS是根据实际功率来选择对应功率元器件，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5OOkVA塔式一体化UPS及模块化UPS的主要元器件数量对比： 500kVA塔式一体化UPS 500kVA模块UPS 器件名称 踏件规格 器件数量（个） 器件规格 器件数量（个） 整济GBT 1200V/450A 18 1200V(40A 180 逆变GBT 1200V/450A 18 1200V/40A 180 滤波电容 450V-4700μF 48 450V-680μF 260 2
VERTIV. 维技术 根据元器件数量来计算得到的故障率对比图如下： ■-体化UPS效障率模块化UPS效障率 23000fit 18000Fit 1800Fit 2300Ft 1 2160fit 整流GBT 烧变KGBT 返波电容 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.
1Fit即是在10°hour 内出现一次故障.
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，电客，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.
2.2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11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（31）.“N1"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.
Lowr Modularity High Modulanty 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 Potential cat andmworlabdity and enlabity Seriout'de 0.75 UA 0.70 0.65 0.60 111213141511711911011121131 System Configuration Module MTBF: s 0sgs 0→ 马里兰大学可掌性曲线图
