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华为UPS绿色节能技术介绍

发布日期:2021-03-26 作者:admin 点击:


中大电通有限公司郑龙义

摘要:介绍了当前UPS节能的意义,以及当前常见的UPS绿色节能技术的应用。主要包括UPS和电池等节能技术,包括UPS供电方案规划、UPS节能技术、谐波治理方案、共享电池组方案、智能电池管理、智能配电等。

关键词:UPS;节能;高效率;低谐波;共享电池组;智能电池管理方案1。概述

随着经济的快速发展和企业的不断深入;对互联网的理解,数据中心近年来迅速流行起来。但随之而来的是不断增加的电费。如下图所示,一个数据中心在建设中的投资比例,其中电、电、制冷的总和占投资的一半以上。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大大降低。高水平的数据中心面临着;实惠但不实惠";。根据IDC和Gartner近期的预测报告,有人提到,到2010年,一家公司的年平均电费支出将大于当年对硬件设备的投资。目前,国际能源供应日趋紧张,不仅各种原材料价格不断上涨,电价也在逐步上涨,这将增加数据中心的用电支出。

图1数据中心各系统投资比例

如何降低数据中心的运营成本已成为各企业cio们关注的问题。哪里用电?显然,它被机房服务器、终端、网络设备和冷却系统中的众多it设备所消耗。

  不间断电源

自上而下的节能可以从几个主要方面入手。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,降低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是交流供电环节中最重要的部分。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总装机容量已达百万伏安水平。提高运行中的能源效率势在必行。目前,UPS的节能必须从方案、UPS、电池、配电等多方面进行。

2灵活的规划和按需扩容

一般来说,数据中心不是一步到位的,会考虑未来几年的需求。然而,UPS通常是一步到位的。多台大功率UPS同时并联。因此,初始载荷仅为10-20%。计划负荷进入设备淘汰期,不仅造成投资浪费,而且无法使UPS在更高的效率点运行,造成电能浪费。如何从UPS系统的角度避免这种情况,应包括:

a) 供电方案设计

目前,UPS供电方案主要有分布式供电和集中式供电。分散供电的特点是一台UPS向一台或多台设备供电,整个机房由多套分散供电系统组成。分散供电的优点是分散风险,不会因UPS供电异常而造成大面积停电。缺点是UPS分散,管理不方便,布线难规划。二是采用集中供电方案,由一套大功率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规划、管理和维护。缺点是如果UPS系统出现异常,很容易造成大面积停电。这种缺点可以通过使用各种并行结构来避免。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方案,也存在集中供电的风险。因为并联UPS的数量是有限的,当并联UPS的数量超过

4台机组的可靠性并不比单机系统高多少。当机房UPS总装机容量超过一定限制时,建议将机房规划成多个区域分阶段供电。规划时可参考:单机容量不宜超过

400KVA,并联机不超过3台。

b) UPS在线并联扩展功能

机房UPS容量规划也可根据不同时期的负荷容量要求,采用逐步扩容的方案,使投资计划更经济,也使UPS工作在更好的功率点。当前中高功率部分

所有ups均具有冗余并行功能,不仅提高了系统的可靠性,而且为机房的扩展提供了条件。只要在规划时充分预留UPS前后配电箱,并在机房内规划相应的空间,就可以实现UPS并联扩展功能。关键是并行操作的过程。当大多数品牌并联时,需要修改或修改UPS电路。此时,UPS必须在维护旁路状态下工作。UPS由电源直接供电。如果此时电网波动很大,即使停电也会导致系统大规模瘫痪。所以平行扩张

容量必须具备在线并联功能,即当UPS并联容量扩大时,只需将新增的UPS软件修改为原有软件即可

UPS系统一致后,无需关闭原UPS系统,即可将新的UPS直接合并到原系统中。UPS在扩容前后都将在线工作,以避免因切换到旁路电源而导致高分的风险。行动。

c) 采用模块化UPS实现逐步扩展

目前,模块化UPS在我国已经开始应用。模块化UPS的特点主要包括:可扩展性、平均修复时间(MTTR)短、N+X冗余的经济实现。取三角洲';以s C系列UPS为例。每个模块为20KVA,整个系统最大可扩展至160KVA。容量可根据机房实际容量要求逐步扩大,只要在机房初期规划配电容量即可。同时,实现N+X冗余更具成本效益。以60KVA实现N+1冗余为例,传统的解决方案需要扩展一个60KVA的UPS,而模块化UPS只需要扩展一个20KVA的模块。节省大量资金投入。

三。提高UPS自身的能效,优化负载效率曲线

目前ups都是在线双变换结构,其整流器和逆变器在运行过程中都存在功率损耗。以一台容量为400KVA的UPS为例,每度电按0.95元计算,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的工作能效,可以为数据中心节省大量电费。因此,提高UPS效率是降低整个机房能耗的最直接途径。所以购买UPS,尽量购买更高效的UPS。当然

高UPS效率不仅是满负荷效率,更是一条更高的效率曲线,特别是在1+1并联系统中,根据系统规划,每个UPS的容量不应大于50%,如果效率只有90%以下,即使满负荷效率达到95%以上,也毫无意义。因此,UPS必须采取以下措施来优化效率虚线,使UPS的效率在较低的负载下达到较高的效率。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,当负荷在2KW以下时,其负荷已经超过90%,从6KW到18KW可以满足95%的高负荷。整体效率。

除了提高UPS本身的效率外,还可以使用UPS上的一些功能。比如生态经济运行模式。其原理是在更好的电源环境中激活此功能,以便UPS由静态旁路直接供电。此时逆变器处于待机状态,工作正常,但不输出能量。一旦市电异常,UPS会立即切换到逆变电源状态,切换时间一般在1ms以内,详见下图。蓝色是输入电流波形,黄色是输出电压波形。由于此时逆变器处于待机状态,其自身损耗很小。此时,UPS的整体效率可以达到97%以上,比普通模式节省3%以上的电能。

图2 ECO模式到正常供电模式波形使用ECO模式必须满足以下条件:

a) 静态旁路必须使用两套高可靠性可控硅晶体管。接触器与晶闸管的组合是不能使用的,因为当接触器闭合时,触点会点燃,经过几百次的操作后,触点将不能正常工作。晶闸管没有这个问题,可以缩短开关时间的同时。

b) 建议在较好的电源环境下使用,如一级电源单元。第四,降低输入电流谐波,提高功率因数

产生谐波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。由于非线性负载产生的非正弦电流,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)的额外损耗和发热;电器元件温度升高,效率低,绝缘老化加速,使用寿命缩短;*设备正常运行;无功功率因数增大,电力设备(如变压器、电缆、配电设备)的有功容量减小;供电效率低;共振发生,特别是当石油发电机发电时;空气断路器跳闸,保险丝熔断,设备无故损坏。不间断电源(UPS)是电网的一种非线性负载,其工作时会产生大量的谐波。以采用6脉波整流器的UPS为例,其输入功率因数一般在0.75左右,谐波大于30%。减少

UPS工作谐波的主要方法有:

a) 采用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。采用该技术方案后,谐波可降低到10%左右。优点比较简单,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。采用LC滤波电路的原理,滤除UPS产生的谐波,补偿功率因数。优点是技术简单,成本低,缺点是只能补偿特征阶次的谐波,受负载阻抗影响大,不能应用于全功率范围。

c) 使用有源滤波器。其原理是利用可控功率半导体器件将与谐波源电流幅值相同、相位相反的电流注入电网,使电源总谐波电流为零,达到对谐波电流进行实时补偿的目的。其优点是可以补偿多阶谐波,且不受负载阻抗大小的影响。缺点是收购成本相对较高。

d) 设计了具有高频IGBT整流和PFC功率因数校正电路的整流器。原理是使用高频

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的相位差进行补偿。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。

以上技术、性能和投资比较如下,您可以根据实际需要选择合适的解决方案

方案输入电流谐波THD I功率因数PF投资

6脉冲整流器30%0.75低

12脉冲整流器10%0.8高

6脉冲整流器+无源滤波器10%0.9以上

12脉冲整流器+无源滤波器5%0.95高

6脉冲整流器+有源滤波器5%0.95高

IGBT整流器5%0.95低

表1几种谐波方案的比较

5电池管与配电管理技术

不间断电源配有电池,用户通常';s对电池组的投资往往占整个UPS系统投资的很大比例,甚至超过了UPS本身的投资,电池寿命也明显低于UPS主机寿命。由于电池的主要材料是重金属铅、硫酸和不易分解的塑料,会对环境造成严重污染。因此,减少电池的使用量,延长电池的循环寿命,不仅可以节省电池的直接和间接投资,而且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) 电池组功能的并行共享。共用电池组的原理是采用特殊的整流控制和故障隔离技术,使并联系统中两个或两个以上UPS的整流同步,并共享母线电流,使系统中的每一条UPS母线都能直接并联,然后满足系统后备时间所需的电池均并联后再连接到并联总线系统,实现电池共享,减少电池投资。以1+1为例。在传统的UPS方案中,系统备份时间为1小时。当其中一个UPS发生故障时,UPS1不能使用UPS2的电池,因此UPS1和

UPS2必须配备一个电池组,每个电池组使用1小时,以确保系统在断电后可以备份1小时。采用共享电池组解决方案后,系统中的电池在UPS1发生故障后仍能为UPS2提供能量。

因此,整个系统只需配备1套1小时电池。既节省了电池的直接投资,又节省了机房的空间、承重、空调等方面的投资,减少了对环境的污染。

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。如果能妥善处理上述因素,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均衡浮充管理(等浮充控制)、充电温度补偿和智能放电截止电压控制。此外,它还应具有定期自动电池检测和电池泄漏检测功能。另外,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。其原理是通过检测UPS电池电压或设备供电时间,实现机房内不同等级负载的多重断电保护功能,减少电池投资,提高电池使用率。智能UPS配电管理技术主要有两种解决方案,包括软件实现和硬件实现。三角洲

以UPS为例,软件方法是在UPS监控网络的负载服务器上安装Delta Shutdown

代理关闭代理程序。当公用电异常且满足电池电压或定时条件时,关机代理将自动保存系统程序,然后关闭服务器。

硬件模式UPS输出配有智能配电盘,通过PLC检测UPS电池电压或定时要求。当上述条件满足时,智能配电盘按设定的时间关闭一定的输出。目前,该方案已在国内多条地铁的UPS供电系统中得到应用。

六、结束语

数据中心节能必须从上到下,或者从基础设施到核心设备。UPS是整个交流供电环节的核心。做好UPS的节能工作,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解决方案,客户只需量身定做计划。
以上是今天与大家分享的内容。如果您想了解更多关于华为UPS电源的信息,请继续关注本站,也可以致电咨询:18016359857。

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