颢德物联解析：数据中心不间断电源（UPS）如何选型与分析

发布时间：2025-05-16 浏览量：

UPS不间断电源

近年来，“东数西算” 推动数据中心（符合 GB50174-2017 标准）密集落地，海量数据依托数据中心高效流转。不间断电源（UPS）作为供电系统 “最后防线”，全力保障业务连续性。

本文聚焦不同类型 UPS 的特点、差异及场景适配，为用户提供系统性选型评估参考。

UPS的分类及辨别方法

我国UPS产业化始于上世纪80年代中期，较发达国家晚近20年。历经30余年发展，UPS关键技术取得突破：高端大功率UPS功率等级从千瓦级跃升至兆瓦级，与国外品牌设备在功能性价值上已难分高下。

目前，国内外厂商已研发出多类“高频UPS”机型，可满足不同数据中心应用场景的需求，其中主要应用的三种类型为塔式UPS(高频一体式)、模块化UPS(全热插拔)和类模块UPS(业内俗称“假塔式”)。

图1 各类型高频UPS的内部结构示意

塔式UPS和模块化UPS的全方位对比

结合塔式UPS和模块化UPS的结构差异及其在项目中的实际应用表现，业内对两类机型的评价总结见表1。

除此之外，两类机型在以下几个方面亦有较大差异。

机内均流风险

得益于独立的三相结构，塔式机内不会出现模块输出不均流的现象；而模块机内部则存在模块输出不均流现象，且随着时间的推移，有不均流加大的风险。

电容更换成本

塔式机通过大电容螺栓安装在铜排上，模块机用小电容器焊接于 PCB 板，两者电容更换成本差异显著。塔式机电容更换成本约为整机 10%，模块机需换全功率模块，成本达整机 50% 以上。

运行效率

通过采用功率模块休眠技术，模块机的休眠颗粒度为50kVA或100kVA，此外，可通过提升整机的负载率以获得更高的运行效率。整体而言，模块机运行效率高于塔式机0.5%左右。

故障概率及维修时间

独立的三相结构决定了塔式机整机内部器件发生故障的概率将远低于模块机功率模块的故障概率。若故障发生，维修塔式机内部器件的时间约为30分钟，而模块机在有备份模块的情况下，更换模块仅需10分钟。

尺寸及重量

塔式机尺寸较大，安规距离可达到国家标准的1.5倍以上；而模块机尺寸较小，在满足国家标准安规距离要求时散热能力较差，器件老化速度较快。在重量方面，塔式机较重，模块机重量仅为塔式机的70%左右，因而成本更低。

塔式UPS和模块化UPS适合的场景

基于不同的结构和特性，塔式UPS和模块化UPS均有相应适合的应用场景，用户可根据实际项目情况进行选型。整体而言，数据中心选型可考虑以塔式UPS为主。

根据并机方案选型

模块化 UPS 靠并机实现功率模块冗余，且并机数量越多，模块间环流越大。因此，2 台并机时模块化与塔式 UPS 均可选用，3 台及以上并机建议用塔式 UPS。

高安全场景

对于将“高可靠运行”要求置于首位的数据中心，因其设计理念追求的是“不会坏”，所以建议首选塔式UPS。同时，目前高频塔式机的效率只略低于模块机，也可同时兼顾节能的需求。

“极致节能”场景

对 “极致节能” 优先的数据中心，可首选模块化 UPS。其运行效率比塔式机高 0.5%，休眠功率颗粒度更小，节能更优。但需注意，模块化 UPS 设备故障可能更频繁。

塔式UPS和模块化UPS的应用情况

现阶段，我国高等级数据中心应用领域广泛，本文将以金融行业数据中心UPS系统应用情况为例，同时列举互联网数据中心(Internet Data Center,IDC)的应用情况进行分析。

金融行业应用塔式UPS占比超过99%

通过测算显示，2018年起金融行业1000台以上机柜数据中心中，塔式机应用比例超95%，占绝对主流；若回溯近十年，该场景塔式UPS占比达99%以上。2018年以来相关UPS系统应用情况见表2。

UPS三三高频塔式30KVA机

IDC等应用模块化UPS占比80%以上

目前 IDC 多采用模块机，模块机虽单机成本低、效率略高，但过度追求成本会因能量密度高引发安规距离小、温升高、器件老化快等问题，为数据中心安全埋下隐患。

UPS作为数据中心基础设施中最重要的设备之一，其对于供电连续性的影响至关重要。架构安全、稳定可靠、在行业中积累了成熟经验的塔式UPS，或可作为用户的优先选择。

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