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UPS不間斷電源主要功能

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UPS不間斷電源主要功能

UPSUninterruptPowerSystem/UninterruptPowerSuppli即不間斷電源,將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接,通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流式電穩(wěn)壓器,同時它還向機內(nèi)電池充電;當市電中斷(事故停電)時,UPS立即將電池的直流電能,通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供應220V交流電,使負載維持正常工作并維護負載軟、硬件不受損壞。UPS設(shè)備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。

電源廠

UPS功能主要有兩個:


1市電正常時改善對負載的供電質(zhì)量,同時對后備電池進行充電;


2市電異常時,通過后備電池保證向負載供電的不間斷性。


目前,UPS節(jié)能必需從方案、UPS電池、配電等方面全方位進行。


按需擴容的柔性規(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容,設(shè)計時UPS容量一般都考慮容量比擬大些,一次就安裝了幾套大功率的UPS并機,初期負載量只有規(guī)劃容量的10%20%使UPS利用率很低,造成電能的浪費。如何防止這種情況的發(fā)生,從UPS供電系統(tǒng)角度考慮,應該包括:


1供電方案設(shè)計


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險,不會因為一臺UPS異常造成大部分設(shè)備停電;缺點是UPS分散安排,方便管理,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)中心的所有負載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護方便;缺點是如果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,目前的數(shù)據(jù)中心一般都采用集中供電方案。由于UPS并機數(shù)量有限制,而且當UPS系統(tǒng)并機數(shù)量超過4臺時,其可靠性并不比單機供電系統(tǒng)高多少。當機房UPS裝機總?cè)萘砍揭欢ㄏ薅葧r,建議將機房按幾期規(guī)劃分成幾個區(qū)域進行供電。規(guī)劃時可以參考:單機容量不宜超越400kVA ,并機數(shù)量不宜超越3臺。


2UPS線并機擴容功能


數(shù)據(jù)中心的UPS容量的規(guī)劃,可以根據(jù)不同時期的負載容量要求,采用逐步擴容的方案,使投資方案更經(jīng)濟,同時也能使UPS工作處于較佳的效率點。目前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機功能,不只提高了系統(tǒng)的可靠性,同時也為機房擴容提供了條件。只要規(guī)劃時在UPS前后配電箱預留足量的空氣開關(guān),并在機房規(guī)劃相應空間,即可實現(xiàn)UPS并機擴容功能。關(guān)鍵是并機的過程處置,多種品牌UPS并機時需要對UPS設(shè)置進行修正,此時要求UPS必需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。所以并機擴容必需具備在線并機功能,即UPS并機擴容時,只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后,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,擴容前后,UPS均工作于在線模式下,防止切換至旁路供電的高風險操作。


3采用模塊化UPS實現(xiàn)逐步擴容


目前,模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應用,模塊化UPS特點主要包括:可擴容、平均故障修復時間(MTP短、可經(jīng)濟實現(xiàn)“N+X冗余并機。中電博微BWM系列模塊機整機效率高于95%節(jié)能實力業(yè)界領(lǐng)先;全模塊支持熱拔插,可在線擴容、維護,可為客戶大幅度節(jié)省運維成本,帶來更優(yōu)的商業(yè)價值。


提高UPS自身能效,優(yōu)化負載效率曲線


目前UPS均為在線式雙變換構(gòu)架,其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為400kVA UPS為例,每度電按0.95元計算,UPS效率每提高1%一年節(jié)省的電費為4000.80.01243650.95=26630.4元??梢娞岣遀PS工作效率,可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費,可見提高UPS效率是降低整個機房能耗的最直接方法。因此推銷UPS盡量推銷效率更高的UPS


當然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高,同時也必需具備一個較高的效率曲線,特別是1+1并機系統(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,就算滿載效率達到95%以上,也是沒有意義的,所以要求UPS必需采取措施優(yōu)化效率曲線,使UPS效率在較低負載時也能達到較高的效率。


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。比方像ECO經(jīng)濟運行模式。其原理是較好的市電環(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1m以內(nèi),此時UPS整機效率可以達到97%以上,比正常模式節(jié)省3%以上的功率。


降低輸入電流諧波,提高功率因數(shù)


諧波發(fā)生的根本原因是由于電力線路出現(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),由于非線性負載發(fā)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;呈現(xiàn)諧振,特別是柴油發(fā)電機發(fā)電時更嚴重;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載,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。


其原理是原有6脈沖整流器基礎(chǔ)上,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)點是較為簡單,諧波改善明顯;缺點是對功率因數(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發(fā)生的諧波進行濾除,并對功率因數(shù)進行補償。優(yōu)點是技術(shù)簡單,本錢較低;缺點是只能彌補特點階次的諧波,同時受負載阻抗影響較大,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,達到實時彌補諧波電流的目的優(yōu)點是可以彌補多個階次的諧波,且不受負載阻抗大小的影響;缺點是購置本錢較高。


4采用高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設(shè)計整流器。


原理是采用高頻率PWM控制IGBT導通,對輸入電壓波形進行分割,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行補償。優(yōu)點是體積輕,價格廉價,效果好;缺點是技術(shù)結(jié)構(gòu)復雜,不易維護,受功率器件影響,目前容量大小受到限制。


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,甚至超越UPS自身的投資,而電池的使用年限明顯低于UPS設(shè)備。由于電池主要資料是重金屬鉛、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,不只節(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)實現(xiàn)電池的節(jié)能。


1并機共用電池組功能。


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),使并機系統(tǒng)中的兩臺或多臺UPS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,實現(xiàn)電池的共享,減少電池投資。以“1+1為例,保守的UPS方案,系統(tǒng)后備一小時,考慮其中一臺UPS故障時,UPS2電池不能為UPS1使用,所以UPS1和UPS2必需各配置一套一小時的電池組,才干保證系統(tǒng)在斷電后還能備用一小時。采用共用電池組方案后,因為UPS1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。不只節(jié)省了電池直接投資,同時也節(jié)約機房在空間、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€因素進行綜合處置,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)充電溫度彌補、智能放電終止電壓控制,除此之外還應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23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,實現(xiàn)對機房中不同等級負載的多次下電保護功能,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:包括軟件實現(xiàn)方式及硬件實現(xiàn)方式。


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| 發(fā)布時間:2017.11.16    來源:電源廠
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