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UPS绿色节能技术介绍

发布日期:2021-03-17 作者:admin 点击:

<一。概述

随着经济的快速发展和企业的不断深入&ා39;对互联网的了解,数据中心近年来得到了蓬勃发展。但随之而来的是电费上涨。如下图所示,包括电力、供电、制冷在内的数据中心建设投资占总投资的一半以上。其中,光电投资高达26%。高功耗使得整个数据中心的运行成本很高。面临的尴尬局面;正在生成但无法使用";。根据IDC和Gartner的最新预测,到2010年,普通企业的用电支出将超过硬件支出。目前,国际能源供应日趋紧张,不仅原材料价格上涨,电价也在上涨,这将增加数据中心的成本。

如何降低数据中心的运营成本已经成为每个企业CIO所关注的问题。耗电量在哪里?IT部门显然充斥着IT设备服务器、终端、网络设备和冷却系统消耗的机房,能效从上到下可以从主要方面入手。一是机房环境的节能,包括制冷环境和供电环境;二是IT硬件设备的节能降耗,降低了IT设备的能耗;最后是IT设备内部集成电路的节能,比如CPU的节能。UPS是交流电源最重要的组成部分。机房内几乎所有的IT设备都必须由UPS供电。大型数据中心UPS装机容量已达100万VA,运行中的能效有待提高。目前,UPS的节能必须从方案、UPS、电池、配电等方面进行。

2灵活的计划和按需扩展

一般的数据中心不是一步到位,而是未来几年需要考虑的一个未来,但UPS通常是一步到位,一旦有几个大功率的UPS隐约出现,只有10%到20%的负荷结果必须规划后才能进入设备的负荷期,这不仅造成投资浪费,而且不能使UPS运行效率更高,浪费电能。从UPS系统的角度来看,如何避免这种情况应包括:
A) 供电方案设计

目前,UPS主要有两种供电方案:分散供电和集中供电。分布式电源的特点是一个UPS向一个或多个设备供电,整个机房由多个这样的系统组成。分散供电的优点是可以分散风险,而不是因大面积停电而造成UPS电源异常。缺点是UPS分散,管理不方便,布线难规划。另一种是集中供电方案,通过大功率UPS系统直接向机房内所有负荷供电。集中供电的优点是易于计划、管理和维护。缺点是,如果UPS系统出现异常,很可能造成大规模的停电,采用各种并联框架可以避免。因此,以上两种方案各有优缺点。目前,数据中心普遍采用集中供电解决方案,这也是集中供电的一个风险。由于并联UPS的数量是有限的,当并联UPS系统的数量超过4个时,其可靠性不会比单个系统高多少。当机房UPS总装机容量超过一定限制时,建议将机房按不同阶段划分为多个供电区域。规划时参考:单机容量不超过400KVA,同时机数不超过3台。

B) UPS在线及扩容功能

机房UPS容量规划也可根据不同时期的负荷容量要求,采用逐步扩容方案,使投资计划更经济,使UPS工作在更好的功率点。目前,中、大功率网段的UPS已具备冗余并联功能,不仅提高了系统的可靠性,而且为机房扩容提供了条件。只要UPS前后的配电箱在规划期内预留完全空置,并在机房内规划相应的空间,就可以实现UPS的并行扩展功能。关键是机器合并的过程。大多数品牌需要修改UPS电路或在机器合并过程中进行修正。此时,UPS必须在维护旁路状态下工作。因此,weaver分机的在线设计者必须能够运行,即UPS weaver分机,只需修改新的UPS软件使其与原UPS系统一致,直接使用新的UPS集成到原系统中,而不必关闭原UPS系统,UPS可以在在线工作前后进行扩展,避免切换旁路电源带来的高风险。

C) 采用模块化UPS实现逐步扩展

目前,模块化UPS已在我国得到应用。模块化UPS的特点主要包括:容量可扩展、平均修复时间(MTTR)短、N+X冗余经济。以Delta c系列UPS为例,每个模块为20KVA,整个系统的最大容量可以扩展到160KVA。可根据机房的实际容量要求逐步扩大,只要配置好,就可以在机房初期规划生产。同时,实现N+X冗余更具成本效益。例如,要在60KVA下实现N+1冗余,传统方案中必须扩展60KVA UPS,模块化UPS中可以扩展20KVA模块,从而节省大量投资。

三。提高UPS的能效,优化负载效率曲线

目前ups都是在线双变换结构,整流器和逆变器都存在功率损耗。以容量为400KVA的UPS为例。按0.95元/千瓦时计算,UPS效率每提高1%,一年节约电费为(400KVA)×0.8)×0.01×24×365×0.95=26630.4元。因此,如何提高UPS的效率可以为数据中心节省大量的电费。因此,提高UPS效率是降低整个机房能耗的最直接途径。因此,在购买UPS时,请尽量购买效率更高的UPS。如果UPS具有较高的效率,它不仅要具有较高的效率,而且要具有较高的效率曲线,特别是在1+1编织机系统中。根据系统规划,每个UPS的容量不应大于50%,即使只有90%,即使满载效率达到95%以上,也毫无意义。因此,UPS必须采取优化虚线效率的措施,使UPS的效率在低负载时达到更高的效率。以Delta C系列20KVA不间断电源为例,其满载功率为2OKVA/18KW。从下图可以看出,当负载小于2KW时,负载大于90%,从6KW到18KW可以满足95%的高机械效率。

除了提高UPS本身的效率外,还可以使用UPS上的一些功能。比如生态经济。其原理是在网格环境下更好。为了激活此功能使UPS供电,逆变器通过静态旁路直接处于待机状态,可以正常工作,但不能输出功率。一旦市电异常,UPS会立即切换到逆变电源,切换时间一般在1ms以内,如下图所示,蓝色为输入电流波形,黄色为输出电压波形。此时逆变器处于待机状态,因此自身损耗小。此时,整台UPS机的效率可达到97%以上,比正常模式省电3%以上。

要使用ECO模式,必须满足以下条件:

A) 静态旁路必须使用两组高度可靠的可控硅晶体管。不允许将接触器和可控硅晶体管组合使用,因为当接触器被吸引时,触点会被点燃,经过数百次操作后,触点将不能正常工作。晶闸管没有这个问题,可以减少开关时间。

B) 建议在较好的电气环境下使用,如主电源单元。

第四,降低输入电流的谐波,提高功率因数
谐波产生的根本原因是电力线具有一定的阻抗,相当于由电阻、电感和电容组成的无源网络。非线性负载产生的非正弦电流会引起电路中的电流和电压畸变,称为谐波。谐波的危害包括:电气元件(如电容器、变压器、电动机等)的附加损耗和发热;温度升高,效率低,绝缘老化加速,使用寿命缩短;干扰设备正常运行;无功功率因数增大,电力设备(如变压器、电缆和配电设备)的有功功率降低;供电效率低;共振发生,特别是采油机较严重时;空气跳闸、保险丝、保险丝和设备无故损坏。UPS是电网的一种非线性负载,在运行过程中会产生大量的谐波。以六脉波整流UPS为例,其输入功率因数一般在0.75左右,谐波大于30%。降低UPS运行谐波的主要方法如下:

A) 使用12脉冲整流器。其原理是在原有6脉波整流器的基础上,在输入端增加移相变压器和6脉波整流器。通过这种技术方案,谐波可以降低到10%左右。优点是相对简单,谐波改善明显,缺点是功率因数提高有限,价格略高。

B) 使用无源滤波器。利用LC滤波电路的原理对UPS产生的谐波进行滤波和功率因数补偿。优点是工艺简单,成本低,缺点是只能补偿特征量的谐波。同时,由于负载阻抗的巨大影响,不适合整个功率范围。

C) 使用有源滤波器。其原理是利用可控功率半导体器件向电网注入与电流幅值相等、与谐波源相位相反的电流,使电源总谐波电流为零,从而达到对谐波电流进行实时补偿的目的。其优点是不受负载阻抗的影响,可以补偿多次谐波。缺点是收购成本高。

D) 采用高频IGBT整流器和PFC功率因数校正电路设计整流器。其原理是采用高频PWM控制IGBT导通,对输入电压波形进行分段,使输入电流波形尽可能接近正弦波,并对输入电压和电流进行相位差补偿。其优点是体积轻、价格低、效果好。缺点是技术结构复杂,不易维护,受功率器件影响,电流容量有限。

5电池管与配电管理技术

UPS配有电池。通常,用户';s对电池组的投资通常占整个UPS系统投资的很大一部分,甚至超过UPS本身的投资,电池寿命也明显低于UPS主机的寿命。由于电池的主要材料是重金属铅、硫酸和塑料,不易分解,会对环境造成严重污染。因此,减少电池的使用次数,延长电池的使用寿命,不仅可以节省电池的直接和间接投资,还可以减少整个机房对社会环境的污染。因此,UPS可以通过以下技术实现电池节能。

A) 并联电池组功能。通用电池的原理是通过特殊的整流控制和故障隔离技术,使编织机系统中的两个或两个以上的UPS整流器同步,母线流动,使母线中的每个UPS在待机时间后可以直接并联,以满足系统的要求,电池与并联总线系统并联,实现了电池共享,减少了电池投资。以1+1为例。在传统的UPS解决方案中,系统备份时间为1小时。考虑到其中一个UPS发生故障,UPS1不能使用UPS2电池。采用电池组解决方案后,UPS1发生故障后,系统中的电池仍能为UPS2提供能量,因此整个系统只需配备一套1小时电池。它不仅节省了电池的直接投资,而且节省了空间、承重和空调投资,减少了环境污染。

B) 智能电池管理技术。影响电池寿命的因素很多,包括温度、充电、放电和循环时间。如果正确处理上述因素,可以大大延长电池寿命,延长电池更换周期,节省电池投资。不间断电源';s智能电池管理技术主要包括电池浮充管理(浮充控制)、充电温度补偿、智能放电截止电压控制、定期电池自动检测和电池漏电检测。您也可以选择输入电压范围更宽的UPS,以减少电池放电次数。通过上述技术,电池寿命可大大延长2至3年。

C) 智能UPS配电管理技术。其原理是检测UPS电池电压或设备供电时间,实现机房内不同负载等级的多重掉电保护功能,减少电池投资,提高电池利用率。智能UPS管理技术分为软件和硬件两种。以Delta-UPS为例,其软件模式是在UPS监控网络的负载服务器上安装Delta-Shutdown代理。当电源异常且满足电池电压或定时条件时,关机代理会自动保存系统程序,然后关闭服务器。

硬件模式UPS输出配有智能配电屏。PLC检测UPS电池电压或定时要求。当满足上述条件时,智能配电屏会根据设置及时关闭某一通道的输出。目前,该方案已在国内多条地铁的UPS供电系统中得到应用。

6结论

数据中心的节能必须自上而下,或从基础设施到核心设备。UPS是整个交流电源供应链的核心。UPS的节能不仅可以节省大量的设备投资和维护费用,而且可以大大降低后期的运行成本。当然,UPS节能还需要用户和厂商共同推动。目前,UPS厂商已经推出了自己的产品或方案,客户只需要制定一个定制化的方案。
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