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UPS电源的技术应用

发布时间: 2018-12-21 15:10:36    关注量:1522

一、概述
随着经济的飞速发展以及基层央行对网络建设认识的不断加深,中心机房建设和改造,近几年如火如荼。但随之而来的就是日益庞大的电费开销,中心机房在建设中的投资,其中电气、电源、制冷等系统设施占了一半以上的投资比例,高额的电能消耗使得整个数据中心运行成本居高不中心机房面临“建得起却用不起”的尴尬境地。降低中心机房的运营成本和节能降耗成了基层央行有关部门关注的问题,节约能源可以从以下几方面入手。首先是机房环境的节能,包括制冷环境、供电环境;其次是从IT硬件设备节能,减少IT设备的能耗;最后是IT设备内部各集成电路的节能,比如CPU的节能等。UPS处于交流供电环节的很重要一环,机房几乎所有的IT设备由UPS供电,提高运行时的能效势在必行。UPS的节能必须从方案、电池、配电等方面进行。
二、按需扩容的柔性规划
一般地市级中心机房的建设都不是一步到位,会考虑今后未来5到10年的需求,但是UPS一般都是一步到位,一次就安装了2套大功率的UPS并机,结果初期负载只有规划容量的10%~20%,没等承载所规划的负载就进入了设备淘汰期。这不仅造成投资的浪费,而且也无法使UPS运行在较高的效率点,造成电能的浪费。如何避免这种情况的发生,从UPS供电系统角度考虑,应该包括以下几个方面。
供电方案设计
(一)供电方案设计
目 前UPS供电方案主要有分散供电、集中供电2种。分散供电的特点是一台UPS为一台或多台负载设备供电。分散供电的好处是分散风险,不会因为一台UPS供电异常而造成大面积停电;缺点是UPS分散布置,不便管理,而且布线不易规划。另一种是采用集中供电方案,由一套大功率的UPS供电系统直接对机房的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维护方便;缺点是如果UPS系统异常,容易引起大面积停电事故,此缺点可以通过采用各种并联构架来避免。因此,以上两种方案各有优缺点,目 前的中心机房一般都采用集中供电方案,也集中了供电的风险。当机房UPS装机总容量超过一定限度时,建议将机房按几期规划分成几个区域进行供电。
(二)UPS在线并机扩容功能
机房UPS容量的规划,可以根据不同时期的负载容量要求采用逐步扩容的方案,使投资方案更经济,同时也能使UPS工作于较佳的效率点。目 前中、大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能,不仅提高了系统的可靠性,同时也为机房扩容提供了条件。只要规划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关,并在机房规划相应空间,即可实现UPS并机扩容功能。关键是并机的过程处理,多种品牌UPS并机时需要对UPS的设置进行修正,此时要求UPS必须在维修旁路状态工作,UPS由市电直接带载,如果此时市电波动较大甚至停电,将造成系统的大面积瘫痪。所以并机扩容必须具备在线并机功能,即UPS并机扩容时,只需将新增UPS软件修改至与原UPS系统一致后,在不关闭原有UPS系统的情况下直接将新增UPS并入原有系统即可,扩容前后,UPS均工作于在线模式下,避免切换至旁路供电的高风险操作。
采用模块化
(三)采用模块化UPS实现逐步扩容
目 前,模块化UPS已经开始在国内应用,模块化UPS特点主要包括:可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。以台达C系~IJUPS为例,每个模块为20kVA,整个系统最大可扩容至160kVA,可以根据机房的实际容量需求,逐步扩容,只要在机房初期规划好配电容量即可。同时,实现“N+X”冗余比较划算,以60kVA的容量要实现“N+I”冗余为例,传统方案必须扩容一台60kVAUPS,而采用模块化UPS,则只需扩容一个20kVA的模块即可,节省大笔资金的投入。
三、提高UPS自身能效,优化负载效率曲线
目 前UPS均为在线式双变换构架,在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗。以一个容量为60kVA的UPS为例,每度电按1.2元计算,UPS效率每提高1%,一年节省的电费为5045.76元。可见提高UPS的工作效率,可以为数据中心节省一大笔电费,也是降低整个机房能耗的直接方法。因此采购UPS应尽量采购效率更高的UPS。
当然UPS效率高不仅仅是满载时效率高,同时也必须具备一个较高的效率曲线,特别是在“1+1”并机系统时,根据系统规划,每台UPS容量不得大于50%,如果此次效率仅为90%以下,就算满载效率达到95%以上,也是没有意义的,所以要求UPS必须采取措施优化效率曲线,使UPS效率在较低负载时也能达到较高的效率。
除了提高UPS自身的效率之外,UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO经济运行模式,其原理是在较好的市电环境下,激活此功能,使UPS由静态旁路直接供电,此时逆变器处于待机状态,正常工作但不输出能量,_旦市电异常,UPS立即切换到逆变器供电状态,切换时间一般在1毫秒以内,由于逆变器处于待机状态,所以自身损耗很小,此时UPS的整机效率可以达~1J97%以上,比正常模式减少3%以上的损耗。
使用ECO模式必须具备2个条件:一是静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管,不得采用接触器加晶闸管的组合,因为接触器吸合时接触点会打火,一般工作数百次之后就不能正常工作,而晶闸管则不存在此问题,同时可以缩短切换时间。二是建议在较好的电力环境下使用,比如一级供电单位等。

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