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    UPS電源的技術應用

    發布時間: 2018-12-21 15:10:36    關注量:2244

    一、概述
    隨著經濟的飛速發展以及基層央行對網絡建設認識的不斷加深,中心機房建設和改造,近幾年如火如荼。但隨之而來的就是日益龐大的電費開銷,中心機房在建設中的投資,其中電氣、電源、制冷等系統設施占了一半以上的投資比例,高額的電能消耗使得整個數據中心運行成本居高不中心機房面臨“建得起卻用不起”的尷尬境地。降低中心機房的運營成本和節能降耗成了基層央行有關部門關注的問題,節約能源可以從以下幾方面入手。首先是機房環境的節能,包括制冷環境、供電環境;其次是從IT硬件設備節能,減少IT設備的能耗;最后是IT設備內部各集成電路的節能,比如CPU的節能等。UPS處于交流供電環節的很重要一環,機房幾乎所有的IT設備由UPS供電,提高運行時的能效勢在必行。UPS的節能必須從方案、電池、配電等方面進行。
    二、按需擴容的柔性規劃
    一般地市級中心機房的建設都不是一步到位,會考慮今后未來5到10年的需求,但是UPS一般都是一步到位,一次就安裝了2套大功率的UPS并機,結果初期負載只有規劃容量的10%~20%,沒等承載所規劃的負載就進入了設備淘汰期。這不僅造成投資的浪費,而且也無法使UPS運行在較高的效率點,造成電能的浪費。如何避免這種情況的發生,從UPS供電系統角度考慮,應該包括以下幾個方面。
    供電方案設計
    (一)供電方案設計
    目 前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電2種。分散供電的特點是一臺UPS為一臺或多臺負載設備供電。分散供電的好處是分散風險,不會因為一臺UPS供電異常而造成大面積停電;缺點是UPS分散布置,不便管理,而且布線不易規劃。另一種是采用集中供電方案,由一套大功率的UPS供電系統直接對機房的所有負載供電。集中供電的好處是便于規劃、管理方便、維護方便;缺點是如果UPS系統異常,容易引起大面積停電事故,此缺點可以通過采用各種并聯構架來避免。因此,以上兩種方案各有優缺點,目 前的中心機房一般都采用集中供電方案,也集中了供電的風險。當機房UPS裝機總容量超過一定限度時,建議將機房按幾期規劃分成幾個區域進行供電。
    (二)UPS在線并機擴容功能
    機房UPS容量的規劃,可以根據不同時期的負載容量要求采用逐步擴容的方案,使投資方案更經濟,同時也能使UPS工作于較佳的效率點。目 前中、大功率段的UPS均已經具備冗余并機功能,不僅提高了系統的可靠性,同時也為機房擴容提供了條件。只要規劃時在UPS前后配電箱預留足量的空氣開關,并在機房規劃相應空間,即可實現UPS并機擴容功能。關鍵是并機的過程處理,多種品牌UPS并機時需要對UPS的設置進行修正,此時要求UPS必須在維修旁路狀態工作,UPS由市電直接帶載,如果此時市電波動較大甚至停電,將造成系統的大面積癱瘓。所以并機擴容必須具備在線并機功能,即UPS并機擴容時,只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統一致后,在不關閉原有UPS系統的情況下直接將新增UPS并入原有系統即可,擴容前后,UPS均工作于在線模式下,避免切換至旁路供電的高風險操作。
    采用模塊化
    (三)采用模塊化UPS實現逐步擴容
    目 前,模塊化UPS已經開始在國內應用,模塊化UPS特點主要包括:可擴容、平均故障修復時間(MTTR)短、可經濟實現“N+X”冗余并機。以臺達C系~IJUPS為例,每個模塊為20kVA,整個系統最大可擴容至160kVA,可以根據機房的實際容量需求,逐步擴容,只要在機房初期規劃好配電容量即可。同時,實現“N+X”冗余比較劃算,以60kVA的容量要實現“N+I”冗余為例,傳統方案必須擴容一臺60kVAUPS,而采用模塊化UPS,則只需擴容一個20kVA的模塊即可,節省大筆資金的投入。
    三、提高UPS自身能效,優化負載效率曲線
    目 前UPS均為在線式雙變換構架,在其工作時整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個容量為60kVA的UPS為例,每度電按1.2元計算,UPS效率每提高1%,一年節省的電費為5045.76元??梢娞岣遀PS的工作效率,可以為數據中心節省一大筆電費,也是降低整個機房能耗的直接方法。因此采購UPS應盡量采購效率更高的UPS。
    當然UPS效率高不僅僅是滿載時效率高,同時也必須具備一個較高的效率曲線,特別是在“1+1”并機系統時,根據系統規劃,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必須采取措施優化效率曲線,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的一些功能也可加以利用。比如像ECO經濟運行模式,其原理是在較好的市電環境下,激活此功能,使UPS由靜態旁路直接供電,此時逆變器處于待機狀態,正常工作但不輸出能量,_旦市電異常,UPS立即切換到逆變器供電狀態,切換時間一般在1毫秒以內,由于逆變器處于待機狀態,所以自身損耗很小,此時UPS的整機效率可以達~1J97%以上,比正常模式減少3%以上的損耗。
    使用ECO模式必須具備2個條件:一是靜態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,因為接觸器吸合時接觸點會打火,一般工作數百次之后就不能正常工作,而晶閘管則不存在此問題,同時可以縮短切換時間。二是建議在較好的電力環境下使用,比如一級供電單位等。

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