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UPS(Uninterruptible Power System ),即不間斷電源,是一種含有儲能裝置,以逆變器為主要組成部分的恆壓恆頻的不間斷電源。主要用於給單台計算機、計算機網路系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一台交流市電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時, UPS 立即將機內電池的電能,通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作並保護負載軟、硬體不受損壞。UPS 設備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。

1簡介

UPS是針對中國電網環境和網路監控及網路系統、醫療系統等對電源的可靠性要求,克服中、大型計算機網路系統集中供電所造成的供電電網環境日益惡劣的問題,以全新的數字技術研製出的第三代工頻純在線式智能型UPS。直流電源,是維持電路中形成穩恆電流的裝置。如乾電池、蓄電池、直流發電機等。
UPS和直流電源是企業重要的供電保障設備,傳統的維護管理包括:①日常巡檢外觀,定期更換電池、濾波電容、風機等易損件,大修時做電池活化等;②改造或採用換代設備,使用高級工具測試電池性能。這種管理方式企業投入成本高,維護人員工作量大,不易實時掌握設備運行狀態和關鍵數據,設備事故預防能力低。實施在線維護管理可避免傳統方式的不足之處,獲得良好效益。
UPS的中文意思為「不間斷電源」,是英語「Uninterruptible Power Supply」的縮寫,它可以保障計算機系統在停電之後繼續工作一段時間以使用戶能夠緊急存檔,使用戶不致因停電而影響工作或丟失數據。

2組成

UPS電源系統由五部分組成:主路、旁路、電池等電源輸入電路,進行AC/DC變換的整流器(REC),進行DC/AC變換的逆變器(INV),逆變和旁路輸出切換電路以及蓄能電池。其系統的穩壓功能通常是由整流器完成的,整流器件採用可控硅或高頻開關整流器,本身具有可根據外電的變化控制輸出幅度的功能,從而當外電發生變化時(該變化應滿足系統要求),輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲能電池來完成,由於整流器對瞬時脈衝干擾不能消除,整流后的電壓仍存在干擾脈衝。儲能電池除可存儲直流直能的功能外,對整流器來說就像接了一隻大容器電容器,其等效電容量的大小,與儲能電池容量大小成正比。由於電容兩端的電壓是不能突變的,即利用了電容器對脈衝的平滑特性消除了脈衝干擾,起到了凈化功能,也稱對干擾的屏蔽。頻率的穩定則由變換器來完成,頻率穩定度取決於變換器的振蕩頻率的穩定程度。為方便UPS電源系統的日常操作與維護,設計了系統工作開關,主機自檢
不間斷電源

  不間斷電源

故障后的自動旁路開關,檢修旁路開關等開關控制。
在電網電壓工作正常時,給負載供電如圖所示,而且,同時給儲能電池充電;當突發停電時,UPS電源開始工作,由儲能電池供給負載所需電源,維持正常的生產(如粗黑→所示);當由於生產需要,負載嚴重過載時,由電網電壓經整流直接給負載供電(如虛線所示)。

3工作過程

當市電正常380Vac時,直流主迴路有直流電壓,供給DC-AC交流逆變器,輸
不間斷電源工作原理框圖

  不間斷電源工作原理框圖

出穩定的220V或380Vac交流電壓,同時市電經整流后對電池充電。當任何時候市電欠壓或突然掉電,則由電池組通過隔離二極體開關向直流迴路饋送電能。從電網供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時,不間斷電源發出聲光報警,並在電池放電下限點停止逆變器工作,長鳴告警。不間斷電源還有過載保護功能,當發生超載(150%負載)時,跳到旁路狀態,並在負載正常時自動返回。當發生嚴重超載(超過200%額定負載)時,不間斷電源立即停止逆變器輸出並跳到旁路狀態,此時前面輸入空氣開關也可能跳閘。消除故障后,只要合上開關,重新開機即開始恢復工作。

4常用辭彙

避雷器:用來吸收雷擊波的器件,工作原理是,雷擊產生瞬間高電壓進入電路,引起避雷器導通吸收雷擊電流,將電路電壓箝位在安全範圍之內。可做為避雷器件的元件有多種,如壓敏電阻、放電管等。 註:雷擊電壓是大氣與大地之間的高壓放電,因此,避雷器要有良好的接地才能起作用。
保險絲:一種過熱熔斷型的小型器件,超載或負載短路時引起電流過大會燒斷保險絲,保護電子設備不受過電流的傷害,也可避免電子設備因內部故障所引起的嚴重傷害。因此,每個保險絲上皆有額定規格,當電流超過額定規格時保險絲將會熔斷。
變壓器:利用電磁感應原理,由鐵芯和線圈構成,可分為一次側線圈與二次側線圈兩個部分,一次側輸入電壓,二次側就有感應電壓輸出,從而進行電能傳遞。二次側可提供多種電壓輸出,有升壓,降壓功能,因此變壓器在電路中可以滿足多種不同電壓的電力需求。
穩壓精度:指輸出端電壓的相對變化量,為一百分數,越小越好。當輸入電壓或負載發生變化時,UPS的輸出電壓也會升高或降低,變化越小說明穩壓精度越高。
不間斷電源:UPS[Uninterruptible Power System (or Supply)]:是由電池組、逆變器和其他電路組成,能在電網停電時提供交流電力的電源設備。

5異常情況

使用不間斷電源是為了應對電網可能出現的以下情況:
停電(電網停止工作,無電壓輸出)
不間斷電源
壓降(亦稱下陷,電壓10%以上,時間持續數秒)
持續欠壓
持續過壓
線噪(因線路屏蔽差而引入的射頻或電磁干擾)
頻率漂移(發電機不穩定造成的電網頻率偏差)
開關瞬態(亦稱暫態,由電氣設備開關或放電造成的電壓偏差,有時可高達20000伏,但是持續時間極短,僅數納秒)
諧波(電網中由非線性特性的電氣設備產生的對交流電正弦波形的干擾)
針對以上各種電力問題,有幾種不同解決方式,見下表

後備式
在線互動式
純在線式
電涌
×
×/△
高壓突波
×
×/△
暫態過電壓
×
×/△
電壓下陷
×
×/△
雜訊干擾
×
×/△
頻率飄移
×
×/△
諧波
×
×/△
電壓過低
×
×/△
市電中斷
○代表有較佳保護△代表有限或視狀況保護 ×代表沒有保護

6發展

蓄電池式
自二十世紀六十年代美國通用電氣公司研究生產不間斷電源以來,不間斷電源一直在被改進,但是其基本原理沒有重大變化。
現代的不間斷電源由電池組、逆變器和控制電路組成,一端連接電網另一端連接電器負載。在電網電壓正常的情況下,不間斷電源利用電網電源為自身充電,在電網出現異常的時候,不間斷電源將存儲於電池中的電能釋放,供負載使用。它按工作方式通常分為在線式和後備式(亦稱為離
不間斷電源
線式)兩種;按輸出波形可分為正弦型、近似正弦型(用階梯方波來擬合正弦波)等。

7ups分類以及原理

UPS按工作原理分成後備式、在線式與在線互動式三大類。
其中,我們最常用的是後備式UPS,它具備了自動穩壓、斷電保護等UPS最基礎也最重要的功能,雖然一般有10ms左右的轉換時間,但由於結構簡單而具有價格便宜,可靠性高等優點,因此廣泛應用於微機、外設、POS機等領域。
後備式UPS電源又分為後備式正弦波輸出UPS電源和後備式方波輸出UPS電源。
後備式正弦波輸出UPS電源:單機輸出可做到0.25KW~2KW,當市電在170V~264V間變化時,向用戶提供經調壓器處理的市電;當市電超出170V~264V範圍時,才由UPS提供高質量的正弦波電源。
後備式方波輸出UPS電源:與後備式正弦波輸出UPS電源不同的只是為用戶提供50Hz方波電源。
在線式UPS結構較複雜,但性能完善,能解決所有電源問題,如四通PS系列,其顯著特點是能夠持續零中斷地輸出純凈正弦波交流電,能夠解決尖峰、浪涌、頻率漂移等全部的電源問題;由於需要較大的投資,通常應用在關鍵設備與網路中心等對電力要求苛刻的環境中。
在線互動式UPS,同後備式相比較,在線互動式具有濾波功能,抗市電干擾能力很強,轉換時間小於4ms,逆變輸出為模擬正弦波,所以能配備伺服器、路由器等網路設備,或者用在電力環境較惡劣的地區。

8應用

不間斷電源現已廣泛應用於:礦山、航天、工業、通訊、國防、醫院、計算機業務終端、網路伺服器、網路設備、數據存儲設備UPS不間斷電源 應急照明系統、鐵路、航運、交通、電廠、變電站、核電站
消防安全報警系統
無線通訊系統、程式控制交換機、移動通訊
太陽能儲存能量轉換設備
控制設備及其緊急保護系統、個人計算機
等領域。

9功能

UPS( Uninterruptible Power Supply ),即不間斷電源,是一種含有儲能裝置
不間斷電源ups

  不間斷電源ups

,以逆變器為主要組成部分的恆壓恆頻的不間斷電源。主要用於給單台計算機、計算機網路系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一台交流式電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷( 事故停電)時, UPS 立即將機內電池的電能,通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作並保護負載軟、硬體不受損壞。

10選用原因

電網存在至少九種問題:斷電、雷擊尖峰、浪涌、頻率震蕩、電壓突變、電壓波動、頻率漂移、電壓跌落、脈衝干擾;因此從改善電源質量的角度來說給電腦配備一台UPS是十分必要的。
另外,精密的網路設備和通信設備是不允許電力有間斷的,以伺服器為核心的網路中心要配備UPS是不言而喻的,即使是一台普通電腦,其使用三個月以後的數據文件等軟體價值就已經超過了硬體價值,因此為防止數據丟失而配備UPS也是十分必須的。

11選購

根據設備的情況、用電環境以及想達到的電源保護目的,可以選擇適合的UPS;例如對內置開關電源的小功率設備一般可選用後備式UPS,在用電環境較惡劣的地方應選用在線互動式或在線式UPS,而對不允許有間斷時間或時刻要求正弦波交流電的設備,就只能選用在線式UPS。
ups電源

  ups電源

首先要確定您的設備是多大功率的,一般來講普通PC機或工控機的功率在200W左右,蘋果機在300W左右,伺服器在300W與600W之間,其他設備的功率數值可以參考該設備的說明書。
其次應了解UPS的額定功率有兩種表示方法:視在功率(單位VA)與實際輸出功率(單位W),由於無功功率的存在所以造成了這種差別,兩者的換算關係為:視在功率*功率因數=實際輸出功率
後備式、在線互動式的功率因數在0.5與0.7之間,在線式的功率因數一般是0.8。
給設備配UPS時應以UPS的實際輸出功率為匹配的依據,有些經銷商有意或無意會混淆(VA)與(W)的區別,這點要提請用戶注意。
根據使用環境選擇可以分為工業級UPS和商業級UPS,工業級UPS適應於環境比較惡劣的的地方,商業級UPS對環境的要求比較高。
UPS通常分為工頻機和高頻機兩種。工頻機由可控硅SCR整流器,IGBT逆變器,旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz,顧名思義叫工頻UPS。
高頻機通常由IGBT高頻整流器,電池變換器,逆變器和旁路組成,IGBT可以通過控制加在其門極的驅動來控制IGBT的開通與關斷,IGBT整流器開關頻率通常在幾K到幾十KHz,甚至高達上百KHz,相對於50Hz工頻, 稱之為高頻UPS。
隨著電力電子技術的發展和高頻功率器件不斷問世。中小功率段的UPS產品正逐步高頻化,高頻UPS有功率密度大、體積小、重量輕的特點。但在高頻UPS功率段向中大功率過渡推進的過程中。高頻拓撲UPS在使用過程中暴露出一些固有缺點,並影響到UPS的安全使用和運行。
採購要點
一、穩定性
  因為UPS是起保障作用的,因此它資深的穩定性更為重中之重。所以,當用戶選購UPS產品的時候,不管是中小型企業用戶還是其他,首先必須考慮UPS產品的質量,產品的質量是用戶選用產品的第一要則,通過質量可以決定你會選擇什麼品牌的產品,因為我們說品牌之所以稱為品牌,是因為它被很多人驗證過、認可了,這是第一。
二、後備時間
  後備時間是很多用戶在購買UPS產品的時候會關注比較多的一個指標。從學術角度講,UPS就是停電後繼續為用戶供電,首先這是一個物理學,停電供電只是它的功能之一,功能之二則是保證用戶能夠有一個乾淨的電源,保護用戶的設備。
三、確定UPS的類型
  根據負載對輸出穩定度、切換時間、輸出波形要求來確定是選擇在線式、在線互動式、後備式以及正弦波、方波等類型的UPS。
在線式UPS的輸出穩定度、瞬間響應能力比另外兩種強,對非線性負載的適應能力也較強。對一些較精密的設備、較重要的設備要採用在線式UPS。在一些市電波動範圍比較大的地區,避免使用互動式和後備式。如果要使用發電機配短延時UPS,推薦用在線式UPS。
四、服務能力
每個用戶的網路特點、電力環境都不相同,電源保護要求也隨之變化。用戶在使用UPS時可能遇到種種問題也不盡相同,用戶希望自己購置的是完全適合實際需求的產品和服務,而且關心設備投資的周期、長期回報率及投資風險。而現實是,絕大多數用戶缺乏這方面的專業人員,所以,優質的服務體系和主動的服務態度也成為用戶選購UPS時必須考慮的一個重要因素。
五、附件功能
  為了提高系統的可靠性,建議採用UPS熱備份系統,可以系統串聯熱備份或並聯熱備份。小容量的UPS(1 ~2KVA)還可以選用冗餘開關。可以選用遠程監控面板,實現在遠端監視和控制UPS工作。可以選用監控軟體,實現計算機和UPS之間的智能化管理。可以選用網路適配器,實現UPS的網路化管理(基於SNMP)。在某些多雨多雷地區,可以配用防雷器。還要考慮是否能夠對網路的使用和對外設進行保護。因為外設越來越來齊全(如印表機、掃描儀),這部分設備也同樣需要保護。是否具備電纜線浪涌保護和數據浪涌保護?在無人值班時能否進行自動的系統關機?另外,因為用戶商用的桌面的UPS多放在自己的身邊,所以在產品的設計風格、製造工藝方面也是需要考慮的。

12區別

UPS的"集中式"與"分散式"配備方式有什麼區別 
如果需要配UPS的設備較多,您可以採用"集中式"或"分散式"兩種配備方式;所謂"集中式",就是用一台較大功率的UPS負載所有設備,如果設備之間距離較遠,還需要單獨鋪設電線,大型數據中心、控制中心常採用這種方式,雖然便於管理,但成本較高。
"分散式"配備方式是現在比較流行的一種配備方式,就是根據設備的需要分別配備適合的UPS,譬如對一個區域網的電源保護,可以採取給伺服器配備在線式UPS,各個節點分別配備後備式UPS的方案,這樣配備的成本較低並且可靠性高。
這兩種供電方式的優缺點如下:
集中供電方式便於管理 布線要求高可靠性低 成本高
分散供電方式 不便管理布線要求低 可靠性高成本低

13相關因素

現在的UPS一般都用全密封的免維護鉛酸蓄電池作為儲能裝置,電池容量的大小由"安時數(AH)"這個指標反映,其含義是按規定的電流進行放電的時間。相同電壓的電池,安時數大的容量大;相同安時數的電池,電壓高的容量大,通常以電壓和安時數共同表示電池的容量,如12V/17AH、12V/24AH、12V/65AH、12V/100AH。
後備式UPS一般內置4AH或7AH的電池,其備用時間是固定的;在線式與在線互動式UPS有內置7AH電池的標準機型,也有外配大容量電池的長效機型,用戶可以根據需要實現的備用時間而確定配備多大容量的電池。
蓄電池是UPS的重要組成部分,佔有很大的價值比重,並且其質量的好壞直接關係到UPS的正常使用,所以應慎重選擇有質量保證的正牌蓄電池。

14注意事項

1)UPS的使用環境應注意通風良好,利於散熱,並保持環境的清潔。
2)切勿帶感性負載,如點鈔機、日光燈、空調等,以免造成損壞。
不間斷電源
3)UPS的輸出負載控制在60%左右為最佳,可靠性最高。
4)UPS帶載過輕(如1000VA的UPS帶100VA負載)有可能造成電池的深度放電,會降低電池的使用壽命,應盡量避免。
5)適當的放電,有助於電池的激活,如長期不停市電,每隔三個月應人為斷掉市電用UPS帶負載放電一次,這樣可以延長電池的使用壽命。
6)對於多數小型UPS,上班再開UPS,開機時要避免帶載啟動,下班時應關閉UPS;對於網路機房的UPS,由於多數網路是24小時工作的,所以UPS也必須全天候運行。
7)UPS放電后應及時充電,避免電池因過度自放電而損壞。

15使用技巧

不間斷電源-如何延長UPS的供電時間?
延長不間斷電源系統的供電時間有兩種方法:
1.外接大容量電池組:可根據所需供電時間外接相應容量的電池組,但須注意此種方法會造成電池組充電時間的相對增加,另外也會增加佔地面積與維護成本,故需認真評估。
2.選購容量較大的不間斷電源系統:此方法不僅可減少維護成本,若遇到負載設備擴充,較大容量的不斷電系統仍可立即運作。
UPS電源系統開、關機
第一次開機
(1)按以下順序合閘:儲能電池開關→自動旁路開關→輸出開關依次置於「ON"。
(2)按UPS啟動面板「開」鍵,UPS電源系統將徐徐啟動,「逆變」指示燈亮,延時1分鐘后,「旁路」燈熄滅,UPS轉為逆變供電,完成開機。
經空載運行約10分鐘后,按照負載功率由小到大的開機順序啟動負載。
日常開機
只需按UPS面板「開」鍵,約20分鐘后,即可開啟電腦或其它儀器使用。通常等UPS啟動進入穩定工作后,方可打開負載設備電源開關(註:手動維護開關在UPS正常運行時,呈「OFF"狀態)。
關機
先將電腦或其它儀器關閉,讓UPS空載運行10分鐘,待機內熱量排出后,再按面板「關」鍵。
日常維護
在使用不間斷電源系統的過程中,人們往往片面地認為蓄電池是免維護的而不加重視。然而有資料顯示,因蓄電池故障而引起UPS主機故障或工作不正常的比例大約為1/3。由此可見,加強對UPS電池的正確使用與維護,對延長蓄電池的使用壽命,降低UPS系統故障率,有著越來越重要的意義。除了選配正規品牌蓄電池以外,應從以下幾個方面入手正確地使用與維護蓄電池:
(1)灰塵帶入機內沉積、當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常,併發生不準確告警,大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應徹底清潔一次。其次就是在除塵時,檢查各連接件和插接件有無鬆動和接觸不牢的情況。
(2)雖說儲能電池組都採用了免維護電池,但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態對電池的影響並沒有改變,不正常工作狀態對電池造成的影響沒有變,這部分的維護檢修工作仍是非常重要的,UPS電源系統的大量維修檢修工作主要在電池部分。
  1. 儲能電池的工作全部是在浮充狀態,在這種情況下至少應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電,以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落後電池。放電過程中如有一隻達到放電終止電壓時,應停止放電,繼續放電先消除落後電池后再放。
  2. 核對性放電,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要關注發現和處理落後電池,經對落後電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可防止事故,以免放電中落後電池惡化為反極電池。
  3. 平時每組電池至少應有8隻電池作標示電池,作為了解全電池組工作情況的參考,對標示電池應定期測量並做好記錄。
  4. 日常維護中需經常檢查的項目有:清潔並檢測電池兩端電壓、溫度;連接處有無鬆動,腐蝕現象、檢測連接條壓降;電池外觀是否完好,有無殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機設備是否正常。
  5. 免維護電池要維護,不是什麼無稽之談,應從廣義的維護立場出發,做到運行、日常管理的周到、細緻和規範性,保證設備(包括主機設備)保持良好的運行狀況,從而延長使用年限;保證直流母線經常保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的,也是電池運行規程中包括的內容和進行規則。
(3)當UPS電池系統出現故障時,應先查明原因,分清是負載還是UPS電源系統;是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能,但它對面而不對點,對更換配件很方便,但要維修故障點,仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發生故障,顯示的故障內容則可能有誤。
(4)對主機出現擊穿,斷保險或燒毀器件的故障,一定要查明原因並排除故障后才能重新啟動,否則會接連發生相同的故障。
(5)當電池組中發現電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏現象的電池時,應及時採用相應的方法恢復和修復,對不能恢復和修復的要更換,但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起,否則可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要及時更換,以免影響到主機。
方案總述
電力操作電源是為電力系統中控制和保護設備提供獨立電源的設備。同時,一些重要的動力負荷電源,如保證發電機組,大型廠用電設備起停的潤滑油泵電源系統,氫密封油電系統電源,主要的熱工動力電源,以及UPS不間斷電源和事故照明電源系統等,由於安全性和可靠性要求極高,需要採用與控制電源系統同等可靠的直流電源系統供電。因此,電力系統直流操作電源對於可靠性的要求極高。無論是大型樞紐變電站,中小型變電站站,還是核電站,水、火力發電廠等,均要求直流供電系統的高可靠性。通過對電源系統的的合理設計,各分立部件的可靠性保證及協同工作,以及冗餘配置方案,可以滿足電力系統對於直流操作電源系統的高可靠性要求。
總控站(後台)
由監控站、工程維護站、系統介面等構成,運用管理分析軟體處理接收的數據並通過Web發布。工程維護人員登錄伺服器可查看全廠所有在線設備的運行狀態以及完善的歷史、實時數據分析統計。
通信網路
聯網現場設備各分站(採集監控站),採用光纖作為數據通信主幹線,組成全廠UPS和直流電源在線監控的區域網。

16技術應用

一、概述
隨著經濟的飛速發展以及基層央行對網路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、製冷等系統設施佔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,包括製冷環境、供電環境;其次是從IT硬體設備節能,減少IT設備的能耗;最後是IT設備內部各集成電路的節能,比如CPU的節能等。UPS處於交流供電環節的最重要一環,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、配電等方面全方位進行。
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,會考慮今後未來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並機,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
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台UPS為一台或多台負載設備供電。分散供電的好處是分散風險,不會因為一台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。另一種是採用集中供電方
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於規劃、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,此缺點可以通過採用各種並聯構架來避免。因此,以上兩種方案各有優缺點,目前的中心機房一般都採用集中供電方案,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。
()UPS在線並機擴容功能
機房UPS容量的規劃,可以根據不同時期的負載容量要求採用逐步擴容的方案,使投資方案更經濟,同時也能使UPS工作於較佳的效率點。目前中、大功率段的UPS均已經具備冗餘並機功能,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前後配電箱預留足量的空氣開關,並在機房規劃相應空間,即可實現UPS並機擴容功能。關鍵是並機的過程處理,多種品牌UPS並機時需要對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。所以並機擴容必須具備在線並機功能,即UPS並機擴容時,只需將新增UPS軟體修改至與原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併入原有系統即可,擴容前後,UPS均工作於在線模式下,避免切換至旁路供電的高風險操作。
()採用模塊化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」冗餘並機。以台達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」冗餘比較划算,以60kVA的容量要實現「N+I」冗餘為例,傳統方案必須擴容一台60kVAUPS,而採用模塊化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。可見提高UPS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最直接方法。因此採購UPS應盡量採購效率更高的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」並機系統時,根據系統規劃,每台UPS容量不得大於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必須採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,此時逆變器處於待機狀態,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,由於逆變器處於待機狀態,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:一是靜態旁路必須採用兩組高可靠晶閘管,不得採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,一般工作數百次之後就不能正常工作,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。
四、降低輸入電流諧波,提高功率因數
諧波產生的根本原因是由於電力線路呈現一定阻抗,等效為電阻、電感和電容構成的無源網路。由於非線性負載產生的非正弦電流,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熱(如電容、變壓器、電機等);電氣組件溫度升高,效率低,加速絕緣老化,降低使用壽命;干擾設備正常工作;無功功率增加,電力設備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設備);供電效率低;出現諧振,特別是柴油發電機發電時更嚴重;空開跳閘、熔絲熔斷、設備無故損壞。UPS對電網而言是一個非線性負載,在工作時會產生大量的諧波。以配置6脈衝整流器的UPS為例,其輸入功率因數一般為0.75左右,諧波大於30%。降低UPS32作諧波的主要方法有以下幾種。
()12脈衝整流器
其原理是在原有6脈衝整流器基礎上,在輸入側增加一個移相變壓器和6脈衝整流器。採用該技術方案后,可以將諧波降低至10%左右。優點是較為簡單,諧波改善明顯;缺點是對功率因數改善有限,價格略高。
()無源濾波器
依據LC濾波電路原理,對UPS產生的諧波進行濾除,並對功率因數進行補償。優點是技術簡單,成本較低;缺點是只能補償將點階次的諧波,同時受負載阻抗影響較大,無法適用於全功率段。
()有源濾波器
原理是利用可控的功率半導體器件向電網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,達到實時補償諧波電流的目的。優點是可以補償多個階次的諧波,且不受負載阻抗大小的影響;缺點是購置成本較高。
()高頻IGBT整流及PFC功率因數校正電路設計
整流器原理是採用高頻率PWM控制IGBT導通,對輸入電壓波形進行分割,使輸入的電流波形盡量接近正弦波,並對輸入電壓和電流相位差進行補償。優點是體積輕,價格便宜,效果好;缺點是技術結構複雜,不易維護,受功率器件影響,目前容量大小受到限制。
以上幾種技術,性能及投資對比,可以根據實際需求選擇合適的方案。
五、電池管理及配電管理技術
UPS都配備了電池,用戶在電池組上的投資往往占整個UPS供電系統投資的很大比例,甚至超過UPS本身的投資,而電池的使用年限明顯低於UPS主機。由於電池主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料,都會對環境造成嚴重的污染。因此減少電池使用數量,延長電池循環使用壽命,不僅節省直接和間接的電池投資,而且還減少整個機房設備對環境的污染。所以UPS可以通過以下幾個技術實現電池的節能。
()並機共用電池組功能
共用電池組原理是通過特殊的整流器隔離故障,使並機系統中的2台或多台UPS的整流同步,母線均流,使系統中的各台UPS母線直接並聯,然後將滿足系統後備時間要求的電池並聯後接人並聯母線系統中,實現電池的共享,減少電池投資。以「1+1」為例,傳統的UPS方案,系統後備—小時,考慮其中一台UPS故障時,UPS2的電池不能為UPS1使用,所以UPS1和UPS2必須各配置一套-4,時的電池組,才能保障系統在斷電后還能備用一小時。採用共用電池組方案后,因為UPS1故障后,系統中的電池仍能為UPS2提供能量,所以整個系統僅需配置一套一小時電池即可。這不僅節省了電池直接投資,同時也節約機房在空間、承重及空調等方面的投資,也降低了對環境的污染。
()智能電池管理技術
影響電池壽命的因素有很多,主要包括溫度、充電、放電、循環次數等。如果能夠對上述幾個因素進行綜合處理,可以大大延長電池的使用壽命,延長電池更換周期,節約電池投資。UPS的智能電池管理擊包括:電池均浮充管理(均浮充控制)、充電溫月智能放電終止電壓控制,除此之外還應具備電動檢測和電池漏液檢測功能。另外還可以選壓範圍較寬的UPS,減少電池放電次數。通過上述幾種技術,可大幅度延長電池壽命2--3年。
()智能UPS配電管理技術
原理是通過偵測UPS電池電壓或者管理時間,實現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UP理技術主要有2種方案:軟體實現方式及硬式。以台達UPS為例,其軟體方式是在UPS監控中,在負載伺服器安裝Deltashutd0wnAgent關機代理程序。當市電異常並滿足電池電壓或者定時條件時,會自動保存系統程序,然後關閉伺服器。
硬體方式是UPS輸出配置一個智能配電屏,通過PLC偵測UPS電池電壓或定時要求,當滿足上述條件時,智能配電屏根據設定分時關斷某路輸出。目前此方案已經在國內多條地鐵的UPS供電系統中應用。
六、結束語
中心機房節能必須從上至下,或者從基礎設施到核心設備全方位抓起,UPS是整個交流供電環節的核心所在,做好UPS的節能不僅可以節約大筆的設備投資和維護費用,同時也大幅度地降低了後期的運行成本。
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