华为模块化UPS的分散旁路和集中旁路方案对比分析

模块化UPS,顾名思义,是将大功率的UPS系统,分开成多个子模块并联,通过优化的系统控制,实现系统的在线扩容升级、维护,并大幅提高系统的可靠性、可用性和节能效果,降低客户的维护成本,近年来已经渐渐成为主流客户的首选。

（1）分散旁路架构分散旁路架构,即每个功率模块含有整流、逆变和电池变换等部分以外,还含有与功率模块容量相等的静态旁路,可以认为是一台没有液晶监控的UPS。多个模块在机柜中并联组成系统,模块间相互关系类似于传统多并机UPS系统。系统切换到旁路供电时,负载由所有功率模块内的分散旁路来并联供电。

（2）集中旁路架构集中旁路架构,即系统只有一个与系统容量相等的集中旁路模块,功率模块内仅包含整流、逆变和电池变换电路,每个部分均由独立的控制器,模块间的并联不再是传统的UPS并机系统,而是包含复杂的逆变均流、旁路控制和监控等逻辑。

分散旁路方案的优点是,控制简单,开发难度小,仅须将原有的UPS并机系统移植并优化监控部分即可;机柜成本低;旁路器件因为容量较小,成本也相对较低;静态旁路有多路冗余。

集中旁路方案是继分散旁路之后发展起来的技术路线，相比传统并机UPS系统，从并联均流控制、系统逻辑协调、容错能力方面都做了非常大的改动。

1、两种方案的性能差异

稳态工况下，旁路供电时,集中旁路方案是只有一个旁路提供全部电流,旁路容量按照系统最大容量来设计,跟模块配置数量无关。

分散旁路方案是由多路小功率静态旁路来承担负载,由于旁路回路是低阻回路,多回路的均流没有办法用软件方法来控制,模块间的均流完全取决于以下几个因素:

①个体器件间的差异,主要是导通压降的差异,器件厂家的分散性不可避免;

②回路阻抗的差异,主要是各回路线缆的长度无法保证一致,且线缆连接点阻抗因工艺控制等原因无法把握。

2、系统可靠性分析

分散旁路尚可宣称的优点就是旁路冗余,集中旁路被认为是存在单一故障点,请见下面的分析。

（1）从器件选型的角度上分析从器件选型的角度上来说,单个大功率SCR的可靠性远高于数量众多的小型器件组成的系统,集中旁路模块功能简单,仅需要考虑器件和少量外围驱动电路的影响,而分散旁路因为是分布在功率模块内,同时受模块内部众多器件的影响。

（2）从系统容量角度上分析

从系统容量角度上来说,集中旁路的容量按照机柜设计,与配置的模块数量无关。而分散旁路的静态旁路容量由模块容量决定,当模块故障时,系统将会失去相应的静态旁路容量。一个比较极端的例子,当机柜配置2个功率模块时,如果负载率是55%左右,当一个模块故障时,剩余的一个模块则会处于110%过载的工况,最终的结果就是系统掉电。同样工况对于集中旁路来说,完全不是问题。

集中旁路模块因为器件容量的优势,甚至有些厂家提供125%长期过载的能力,这对系统可靠性来说有绝对的保障。

（3）从集中旁路的可靠性设计分析

集中旁路的可靠性设计,众多主流厂家也提出了很多提升可靠性的方案,比如冗余备份的控制回路方案,通信总线冗余的方案,功率模块和旁路模块控制解耦方案,功率模块参与旁路控制方案,每个厂家的解决方案各有特色,经过多年的市场验证,能够大大提升系统的可用性,加上旁路模块普遍的热插拔设计,维修升级与功率模块一样简便。