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機(jī)房UPS主要節(jié)能措施一覽

雙擊自動滾屏 發(fā)布者:精密空調(diào) 發(fā)布時間:2015-12-14 09:52:08 閱讀:次【字體:

UPS是不間斷電源(UninterruptiblePowerSupply)的英文縮寫,它的功能主要有兩個:一是在市電正常時改善對負(fù)載的供電質(zhì)量,同時對后備電池進(jìn)行充電;二是在市電異常時,通過后備電池保證向負(fù)載供電的不間斷性。目前,UPS的節(jié)能必需從方案、UPS、電池、配電等方面全方位進(jìn)行。

1、按需擴(kuò)容的柔性規(guī)劃

一般數(shù)據(jù)中心的建設(shè)都不是一步到位,會考慮今后未來幾年的擴(kuò)容,在設(shè)計(jì)時UPS容量一般都考慮容量比較大些,一次就安裝了幾套大功率的UPS并機(jī),初期負(fù)載量只有規(guī)劃容量的10%~20%,使UPS的利用率很低,造成電能的浪費(fèi)。如何避免這種情況的發(fā)生,從UPS供電系統(tǒng)角度考慮,應(yīng)該包括:

(1)供電方案設(shè)計(jì)

目前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電兩種。分散供電是一臺UPS為一臺或多臺設(shè)備供電。分散供電的好處是分散風(fēng)險,不會因?yàn)橐慌_UPS異常造成大部分設(shè)備停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置,不便管理,而且布線不容易規(guī)劃。另一種是采用集中供電,由一套大功率的UPS直接對數(shù)據(jù)中心的所有負(fù)載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是如果UPS系統(tǒng)異常,容易引起數(shù)據(jù)中心大面積停電事故,此缺點(diǎn)可以通過采用并聯(lián)構(gòu)架來避免。因此,以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),目前的數(shù)據(jù)中心一般都采用集中供電方案。由于UPS并機(jī)數(shù)量有限制,而且當(dāng)UPS系統(tǒng)并機(jī)數(shù)量超過4臺時,其可靠性并不比單機(jī)供電系統(tǒng)高多少。當(dāng)機(jī)房UPS裝機(jī)總?cè)萘砍^一定限度時,建議將機(jī)房按幾期規(guī)劃分成幾個區(qū)域進(jìn)行供電。規(guī)劃時可以參考:單機(jī)容量不宜超過400kVA,并機(jī)數(shù)量不宜超過3臺。

(2)UPS在線并機(jī)擴(kuò)容功能

數(shù)據(jù)中心的UPS容量的規(guī)劃,可以根據(jù)不同時期的負(fù)載容量要求,采用逐步擴(kuò)容的方案,使投資方案更經(jīng)濟(jì),同時也能使UPS工作處于較佳的效率點(diǎn)。目前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機(jī)功能,不僅提高了系統(tǒng)的可靠性,同時也為機(jī)房擴(kuò)容提供了條件。只要規(guī)劃時在UPS前后配電箱預(yù)留足量的空氣開關(guān),并在機(jī)房規(guī)劃相應(yīng)空間,即可實(shí)現(xiàn)UPS并機(jī)擴(kuò)容功能。關(guān)鍵是并機(jī)的過程處理,多種品牌UPS并機(jī)時需要對UPS的設(shè)置進(jìn)行修正,此時要求UPS必須工作在維修旁路狀態(tài),UPS由市電直接帶載,如果此時市電波動較大甚至停電,將造成系統(tǒng)的大面積癱瘓。所以并機(jī)擴(kuò)容必須具備在線并機(jī)功能,即UPS并機(jī)擴(kuò)容時,只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后,在不關(guān)閉原有UPS系統(tǒng)的情況下,直接將新增UPS并入原有系統(tǒng)即可,擴(kuò)容前后,UPS均工作于在線模式下,避免切換至旁路供電的高風(fēng)險操作。

(3)采用模塊化UPS,實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容

目前,模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應(yīng)用,模塊化UPS特點(diǎn)主要包括:可擴(kuò)容、平均故障修復(fù)時間(MTTR)短、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。

2、提高UPS自身能效,優(yōu)化負(fù)載效率曲線

目前UPS均為在線式雙變換構(gòu)架,在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為400kVA的UPS為例,每度電按0.95元計(jì)算,UPS效率每提高1%,一年節(jié)省的電費(fèi)為400×0.8×0.01×24×365×0.95=26630.4元??梢娞岣遀PS的工作效率,可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費(fèi),可見提高UPS效率是降低整個機(jī)房能耗的最直接方法。因此采購UPS,盡量采購效率更高的UPS。

當(dāng)然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高,同時也必須具備一個較高的效率曲線,特別是在“1+1”并機(jī)系統(tǒng)時,根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃,每臺UPS容量不得大于50%,如果此次效率僅為90%以下,就算滿載效率達(dá)到95%以上,也是沒有意義的,所以要求UPS必須采取措施優(yōu)化效率曲線,使UPS效率在較低負(fù)載時也能達(dá)到較高的效率。

UPS效率與輸出功率關(guān)系曲線圖

除了提高UPS自身的效率之外,UPS上面的一些功能也可加以利用。比如像ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。其原理是在較好的市電環(huán)境時,激活此功能,使UPS由靜態(tài)旁路直接供電,此時逆變器處于待機(jī)狀態(tài),正常工作,但不輸出能,一旦市電異常,UPS立即切換到逆變器供電狀態(tài),切換時間一般在1ms以內(nèi),具體見圖2所示,藍(lán)色為輸入電波形,黃色為輸出電壓波形。由于此時的逆變器處于待機(jī)狀態(tài),所以自身損耗很小,此時UPS的整機(jī)效率可以達(dá)到97%以上,比正常模式節(jié)省3%以上的功率。

ECO模式轉(zhuǎn)正常供電模式波形圖

使用ECO模式必須具備以下條件:

(1)靜態(tài)旁路必須采用兩組高可靠晶閘管,不得采用接觸器加晶閘管的組合,因?yàn)榻佑|器吸合時,接觸點(diǎn)會打火,一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作了。而晶閘管則不存在此問題,同時可以縮短切換時間。

(2)建議使用在較好的電力環(huán)境下,比如一級供電單位等。

3、降低輸入電流諧波,提高功率因數(shù)

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力線路呈現(xiàn)一定阻抗,等效為電阻、電感和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò),由于非線性負(fù)載產(chǎn)生的非正弦電流,造成電路中電流和電壓畸變,稱為諧波。諧波的危害包括:引起電氣組件附加損耗和發(fā)熱(如電容、變壓器、電機(jī)等);電氣組件溫升高、效率低、加速絕緣老化、降低使用壽命;*設(shè)備正常工作;無功功率增加,電力設(shè)備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設(shè)備);供電效率低;出現(xiàn)諧振,特別是柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時更嚴(yán)重;空開跳閘、熔絲熔斷、設(shè)備無故損壞。UPS對于電網(wǎng)而言是一個非線性負(fù)載,在工作的時候會產(chǎn)生大量的諧波。以配置6脈沖整流器的UPS為例,其輸入功率因數(shù)一般為0.75左右,諧波大于30%。降低UPS工作諧波的主要方法有:

(1)采用12脈沖整流器。其原理是在原有6脈沖整流器基礎(chǔ)上,在輸入側(cè)增加一個移相變壓器和6脈沖整流器。采用該技術(shù)方案后,可以將諧波降低至10%左右。優(yōu)點(diǎn)是較為簡單,諧波改善明顯;缺點(diǎn)是對功率因數(shù)改善有限,價格略高。

(2)采用無源濾波器。依據(jù)LC濾波電路原理,對UPS產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾除,并對功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡單,成本較低;缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償特點(diǎn)階次的諧波,同時受負(fù)載阻抗影響較大,無法適用于全功率段。

(3)采用有源濾波器。原理是利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,達(dá)到實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的。優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償多個階次的諧波,且不受負(fù)載阻抗大小的影響;缺點(diǎn)是購置成本較高。

(4)采用高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)整流器。原理是采用高頻率PWM控制IGBT導(dǎo)通,對輸入電壓波形進(jìn)行分割,使輸入電流波形盡量接近正弦波,并對輸入電壓和電流相位差進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是體積輕,價格便宜,效果好;缺點(diǎn)是技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易維護(hù),受功率器件影響,目前容量大小受到限制。

4、電池管理及配電管理技術(shù)

UPS都配備了電池組,用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統(tǒng)投資的很大一部分,甚至超過UPS本身的投資,而電池的使用年限明顯低于UPS設(shè)備。由于電池主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料,都會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此減少電池使用數(shù)量,延長電池循環(huán)使用壽命,不僅節(jié)省直接和間接的電池投資,而且還減少整個對環(huán)境的污染。所以UPS可以通過以下幾個技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池的節(jié)能。

(1)并機(jī)共用電池組功能。共用電池組原理是通過特殊的整流器控制及故障隔離技術(shù),使并機(jī)系統(tǒng)中的兩臺或多臺UPS的整流同步、母線均流,使系統(tǒng)中的各臺UPS母線直接并聯(lián),然后將滿足系統(tǒng)后備時間要求的電池并聯(lián)后接入并聯(lián)母線系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)電池的共享,減少電池投資。以“1+1”為例,傳統(tǒng)的UPS方案,系統(tǒng)后備一小時,考慮其中一臺UPS故障時,UPS2的電池不能為UPS1使用,所以UPS1和UPS2必須各配置一套一小時的電池組,才能保障系統(tǒng)在斷電后還能備用一小時。采用共用電池組方案后,因?yàn)閁PS1故障后,系統(tǒng)中的電池仍能為UPS2提供能量,所以整個系統(tǒng)僅需配置1套1小時電池即可。不僅節(jié)省了電池直接投資,同時也節(jié)約機(jī)房在空間、承重及空調(diào)等方面的投資,也降低了對環(huán)境的污染?;蚺渲蒙僭S電池,增配發(fā)電機(jī)組。

(2)智能電池管理技術(shù)。影響電池壽命的因素有很多,主要包括溫度、充電、放電、循環(huán)次數(shù)等。如果能夠?qū)ι鲜鰩讉€因素進(jìn)行綜合處理,可以大大延長電池的使用壽命,延長電池更換周期,節(jié)約電池投資。UPS的智能電池管理技術(shù)主要包括:電池均浮充管理(均浮充控制)、充電溫度補(bǔ)償、智能放電終止電壓控制,除此之外還應(yīng)具備電池定期自動檢測和電池漏液檢測功能。另外還可以選擇輸入電壓范圍較寬的UPS,減少電池放電次數(shù)。通過上述幾種技術(shù),可大幅度延長電池壽命2~3年。

(3)智能UPS配電管理技術(shù)。原理是通過偵測UPS電池電壓或者管理設(shè)備供電時間,實(shí)現(xiàn)對機(jī)房中不同等級負(fù)載的多次下電保護(hù)功能,減少電池投資、提高電池使用率。智能UPS配電管理技術(shù)主要有兩種方案:包括軟件實(shí)現(xiàn)方式及硬件實(shí)現(xiàn)方式。

5、采用新型的節(jié)能的UPS電源:使用燃料電池的UPS。可參考《燃料電池在UPS供電系統(tǒng)中的應(yīng)用》。

關(guān)鍵詞:ups電源報價http://mygoldentreasures.com/list-3-1.html


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