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经济型UPS在数据中心的应用(上)

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-11-22 1:03:40 * 浏览: 0
现代先进的UPS具有经济运行模式,具有经济运行模式的UPS被称为“经济模式UPS”。经济模式UPS具有效率和可靠性。采用经济模式的UPS是数据中心节能的重要措施。本文评估经济模型UPS的性能,并描述经济模型UPS应用注意事项。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)?” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript'%3E%3C / script%3E”)),1简介UPS是用于关键负载的不间断电源。在电信和数据中心,通常使用双转换UPS来满足可靠性和功能性的要求。双转换UPS将交流输入电源进行转换,以对两次电源转换进行整流/反相,并输出高质量的交流电源。关键负载将不受城市影响。各种电的影响*。但是,两次电源转换的损耗很大,从而降低了UPS系统的效率。随着IT技术的发展和IT设备功率密度的提高,数据中心的总功率和UPS的损耗不断增加,高昂的运营成本已成为运营公司的沉重负担。为此,对UPS的效率提出了更高的要求。近年来,尽管双转换UPS的系统效率已达到94%左右。但是UPS系统的损失仍然非常可观。例如,在小容量数据中心中,假设负载功率约为100 kW,则UPS的功率损耗为6 kW,每年的能量损耗为52560 kWh。许多现代大型数据中心的负载更多,并且UPS损耗将成比例增加。另外,为了满足尺寸和容错性的要求,数据中心经常使用并行冗余UPS和双总线UPS。因此,UPS单机的负载率非常低。假设N = 1,则理论上N + 1并行冗余UPS的独立UPS负载率为50%,2N双总线系统的独立UPS负载率为50%,2(N + 1)双总线系统的独立UPS负载率理论上为25%。实际上,N + 1并联冗余UPS的单机UPS的负载率为30%至40%,2N双总线系统的单机UPS的负载率为30%至40%,而2(N + 1)的负载率)双总线系统是15%到20%。在如此低的负载率下,UPS的系统效率将从全负载时的90%范围降至80%范围。在这种情况下,有必要采取适当的措施来进一步提高UPS系统的效率。例如,可以使用高效UPS设备(无变压器UPS或模块化UPS)和高压DC电源系统。也可以改变UPS的运行策略,采用经济的运行方式,以达到更好的节能效果。具有经济运行模式的UPS称为“经济模式UPS”。所谓的经济模式UPS,实际上,当主电源质量很好时,UPS使用主电源直接为负载供电。 。从而获得供电系统的效率,达到节能的目的。当主电源故障或质量下降时,UPS会转换为双转换,以满足负载的电能质量要求。经济模式UPS技术适用于独立式UPS,并行冗余UPS和双总线UPS。采用经济模式的UPS是数据中心节能的重要措施。美国绿色网络联盟(TGG)提出的数据中心成熟模型(DCMM)电源组件明确推荐了经济模型UPS。 UPS的经济运行还有其他名称,例如节能模式,节能系统(ESS),高效模式,VFD模式等。本文使用传统术语“ Ecoode”和“ Ecoode UPS” 。本文介绍了经济型UPS的工作原理和性能,分析了经济型UPS的高效率和高可靠性,讨论了经济型UPS的实现方法和应用注意事项。 2 UPS系统术语IEC62040-3指定了三种UPS内部技术(UPS拓扑结构),包括备用UPS(被动UPS),在线交互式UPS(线路交互式UPS),双转换UPS(双转换UPS)。这些UPS具有不同的电能质量并可以实现不同级别的电源保护。其中,双变换UPS具有较高的输入/输出技术指标,输出电压和频率稳定,不受输入电源电压和频率变化的影响。但是,通过整流-逆变对负载功率进行两次变换,损耗大,系统效率不高。备用UPS和在线交互式UPS均属于单转换UPS。通常,市电直接用于为负载供电。备用UPS输出电压和频率与输入电源电压和频率相同。在线交互式UPS可以与输入市电进行交互。 ,稳定其输出电压,并且输出频率与输入电源频率相同。单转换UPS的突出优点是系统效率高,尤其是备用UPS系统效率高。根据UPS输出电压和频率对输入电源电压和频率的依赖性,IEC62040-3还指定了UPS性能分类代码,包括电能质量,输出波形和输出瞬态特性的分类代码。 UPS的电能质量分为三类,分别由三个字符或两个字符表示,即VFD,VI和VFI。 VFD表示UPS的输出电压和频率取决于输入电源(市电)的电压和频率变化。 VI表示UPS的输出电压与输入功率(市电)无关,输出频率取决于输入功率(市电)的频率变化。 VFI表示UPS的输出电压和频率与输入电源(市电)的电压和频率无关。这些电能质量代码与UPS的内部技术具有对应关系。备用UPS的电源质量为VFD,在线交互式UPS的电源质量为VI,双转换UPS的电源质量为VFI。表1是UPS电源质量分类的详细说明。 3双转换UPS的结构和工作方式双转换UPS系统的电能质量为负载提供了保护。它是电信和数据中心应用中使用最广泛的UPS。以下各节仅讨论双转换UPS。双转换UPS系统由四个主要组件组成:整流器,逆变器,静态开关和电池(包括电池转换器)(如图1所示)。图1显示了双转换UPS的三种工作模式:1双转换模式:干线向整流器AC供电,整流器为逆变器DC供电。逆变器将直流电转换为交流电并提供负载。 UPS在大多数情况下都以这种方式工作,也称为正常方式。 2电池模式:如果主电源故障或质量下降,并且不满足整流器要求,则整流器将无法再为逆变器供电。逆变器由电池供电,并继续为负载交流电供电。此时,输出电压和频率是独立的。 3旁路模式:UPS故障或需要维护时,静态开关闭合(导通),负载直接由市电供电(旁路电源)。 4经济型UPS的结构和工作方法(1)结构双转换UPS的缺点是效率低。为了满足节能需求,可以将双转换UPS设计和配置为包括IEC62040-3性能分类多模式双转换UPS。操作模式之一是使用VFD高效经济操作模式,即直接使用商用电源作为负载。供电。这种类型的UPS称为经济模式双转换UPS,称为经济模式UPS。经济型UPS具有与常规双转换UPS相同的硬件结构,并且还由四个功能组件组成:整流器,逆变器,静态开关和电池。没有添加任何新组件,因此系统的复杂性没有增加。原始功能组件以新方式使用,获得了新的性能并增加了新的工作方式。 (2)工作模式经济型UPS与常规双转换的区别ersion UPS工作模式是在上述三种工作模式的基础上,增加了第四种工作模式,即经济模式(或节能模式)。在经济模式下,静态旁路开关打开,UPS负载直接由市电供电。与备用UPS(VFD)一样,损耗极小(通常约为1%)和效率。经济型UPS结合了双转换UPS(VFI)和单转换UPS(VFD)的优点,并取得了良好的效果。只要输入电源(市电)发生变化,UPS系统就会自动切换工作模式。它不仅满足了电能质量关键负荷的要求,而且达到了节能的目的。如图2所示,当市电指示灯在可接受的范围内时,UPS以经济的方式运行,使用市电直接为负载供电。因此可获得系统效率。效率的典型值为98%至99%,而双转换UPS的效率约为94%。这表明以经济的方式,效率可以提高4%至5%。当电源指示灯超过预定目标,但整流器仍可正常运行时,系统切换到双转换模式,负载通过整流器/逆变器提供给负载,从而使负载与各种负载完全隔离电源类型。当主电源中断或继续异常并且超出整流器可接受的范围时,UPS以电池模式运行,并使用电池提供的能量继续通过逆变器向负载供电。当UPS设备本身发生故障或需要维护时,UPS会以旁路模式运行,并且负载会通过静态开关直接由市电供电。双转换模式和电池模式之间的转换以及双转换模式和旁路模式之间的转换与常规双转换UPS完全相同。经济模式和双重转换模式之间的转换是经济模式UPS独有的,并且此转换的控制由冗余控制设备实现。例如,在由多个UPS模块组成的并行冗余UPS系统中,每个UPS模块都有自己的独立数字信号处理器(DSP)。在经济模式下运行时,所有DSP都会连续监视电源输入电压。以及频率,负载电压和频率。如果任何DSP检测到欠压或频率变化,它将发出命令转换为双转换。这种固有的冗余控制电路非常可靠和安全。经济模式和双重转换模式的转换和返回条件可以根据供电条件适当地调整以适应不同地点的特定条件。如果市电状况较差并且在指定的时间内有多次迭代,则UPS将在双转换模式下保持一段时间(例如1h)。 (3)经济模式和旁路模式之间的差异经济模式和旁路模式之间存在很大的差异。如图2所示,在经济模式下,整流器和逆变器保持在特殊的“就绪”状态。整流器已打开,可以为电池充电。逆变器的控制电路正常工作,并继续与市电同步,但是逆变器的功率半导体器件的驱动信号未连接,因此被关闭。由于半导体器件不执行开关操作并且没有电流流动,因此不会发生损耗。需要指出的是,在经济模式下,UPS模块的控制电路在正常工作时仍会消耗功率,但是功率损耗很小,可以忽略对系统效率的影响。由于控制电路在经济模式下保持正常操作,因此当降低商业电能质量并且需要转换为双转换操作模式时,可以立即添加功率半导体器件的所需驱动信号。因此,经济模式UPS从经济模式到双转换模式的转换时间非常短(反之亦然)。在转换过程中对关键负载没有影响。经济模式是UPS的正常工作模式,旁路模式是UPS发生故障时采用的应急电源模式。尽管两者也将负载直接转换为市电,但逆变器无负载且无损耗,并且节能效果相同。但是,在旁路模式下,整流器和逆变器的主电路和控制电路都断开。当需要转换回双转换模式时,必须首先添加逆变器的控制电路,并且在与旁路电源同步之后可以对逆变器进行转换,因此转换时间较长。