山特內(nèi)置電池標(biāo)機(jī)不間斷電源

在UPS的日常維護(hù)工作中，工程師需要每日進(jìn)行例行檢查，其主要目的是為了積累UPS電源的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和及時發(fā)現(xiàn)故障苗頭，因此每日的例行檢查都要細(xì)心。

--根據(jù)用戶的不同配送系統(tǒng)，有三種UPS機(jī)型可供用戶選擇

單進(jìn)（220V輸入）/單出（220V輸出）

三進(jìn)（380V輸入）/單出（220V輸出）

三進(jìn)（380V輸入）/三出（380V輸出）隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及企業(yè)對互聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識的不斷加深,數(shù)據(jù)中心建設(shè)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(fèi)開銷,如圖1所示,數(shù)據(jù)中心在建設(shè)中的投資比例,其中電氣、電源、制冷等系統(tǒng)設(shè)施占了一半以上的投資,僅電氣方面投資就高達(dá)26%,高額的電能消耗使得整個數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本居高不下,數(shù)據(jù)中心面臨“建得起卻用不起”的尷尬境地。

降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本和節(jié)能降耗成了各企業(yè)CIO關(guān)注的問題,節(jié)約能源可以從以下幾方面入手。首先是機(jī)房環(huán)境的節(jié)能,包括制冷環(huán)境、供電環(huán)境;其次是從IT硬件設(shè)備節(jié)能,減少IT設(shè)備的能耗;是IT設(shè)備內(nèi)部各集成電路的節(jié)能,比如CPU的節(jié)能等。UPS處于交流供電環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，幾乎機(jī)房所有的IT設(shè)備必須由UPS供電，大型數(shù)據(jù)中心的UPS裝機(jī)總?cè)萘烤堰_(dá)到百萬伏安級，提高運(yùn)行時的能效勢在必行。目前UPS的節(jié)能必須從方案、UPS、電池、配電等方面全方位進(jìn)行。
         
2 按需擴(kuò)容的柔性規(guī)劃

一般數(shù)據(jù)中心的建設(shè)都不是一步到位,會考慮今后未來幾年的需求,但是UPS一般都是一步到位,就安裝了幾套大功率的UPS并機(jī)，結(jié)果初期負(fù)載只有規(guī)劃容量的10%～20%，沒等承載所規(guī)劃的負(fù)載就進(jìn)入了設(shè)備淘汰期，不僅造成投資的浪費(fèi)，而且也無法使UPS運(yùn)行在較高的效率點(diǎn)，造成電能的浪費(fèi)。如何避免這種情況的發(fā)生，從UPS供電系統(tǒng)角度考慮,應(yīng)該包括:

2.1 供電方案設(shè)計(jì)

目前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電兩種。分散供電的特點(diǎn)是一臺UPS為一臺或多臺負(fù)載設(shè)備供電。分散供電的好處是分散風(fēng)險,不會因?yàn)橐慌_UPS供電異常造成大面積停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置,不便管理,而且布線不易規(guī)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(tǒng)直接對機(jī)房的所有負(fù)載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是如果UPS系統(tǒng)異常,容易引起大面積停電事故,此缺點(diǎn)可以通過采用各種并聯(lián)構(gòu)架來避免。因此,以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),目前的數(shù)據(jù)中心一般都采用集中供電方案,也集中了供電的風(fēng)險。由于UPS并機(jī)數(shù)量有限制,而且當(dāng)UPS系統(tǒng)并機(jī)數(shù)量超過4臺時,其可靠性并不比單機(jī)供電系統(tǒng)高多少。當(dāng)機(jī)房UPS裝機(jī)總?cè)萘砍^一定限度時,建議將機(jī)房按幾期規(guī)劃分成幾個區(qū)域進(jìn)行供電。規(guī)劃時可以參考:單機(jī)容量不宜超過400kVA,并機(jī)數(shù)量不宜超過3臺。


--冗余供電對供電質(zhì)量要求很高的計(jì)算中心、網(wǎng)管中心（例如：銀行、證券、航宇航中心等），為確保對負(fù)載供電的萬無一失，常需要采用如下幾種具有“容錯”功能的冗余供電系統(tǒng)：

主機(jī)～從機(jī)型“熱備份”冗余供電系統(tǒng)：其結(jié)構(gòu)形式是將主機(jī)UPS的交流旁路連接到從機(jī)UPS的逆變器電源輸出端，萬一主機(jī)UPS出故障時，改由從機(jī)UPS帶載。

“1+1”型直接并機(jī)冗余供電系統(tǒng)：它是通過將兩臺具有相同功率UPS的輸出置于同幅度、同相位和同頻率的狀態(tài)而直接并聯(lián)起來。正常工作時，由兩臺UPS各承擔(dān)1/2負(fù)載電流，萬一其中一臺UPS出故障時，由剩下的一臺UPS來承擔(dān)全部負(fù)載。這種并機(jī)系統(tǒng)的平均故障工作時間MTBF是單機(jī)UPS的7～8倍，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。

多機(jī)直接并機(jī)冗余供電系統(tǒng)：某些UPS，可以將多臺UPS以“N+1”冗余方式直接并機(jī)工作。請注意：隨著多臺并機(jī)系統(tǒng)中的N數(shù)量增大，并機(jī)系統(tǒng)的MTBF值會逐漸下降。對于UPS電源可以使用多長的時間，一直以來，是各位用戶們所重點(diǎn)關(guān)注的，一般來說，UPS電源是分為2種，一種是時間很短的，也就是提供一個保存資料的時間，還有一種，是針對停電時間長的，這一種可以備用的時間就長了很多。

公司可根據(jù)各種型號選擇適合自已的供應(yīng)時間，還有各種牌子的UPS電源像安第斯UPS山特UPS科華UPS寶星UPS科士達(dá)UPS等。長效型為1-8小時。根據(jù)我平時工作的類型和需求，UPS電源根據(jù)備用時間可分為規(guī)范型及長效型。規(guī)范型UPS備用是案件為5-15分鐘。選擇適合我自已的UPS電源。假如在停電時，只需要滿足保管數(shù)據(jù)、退出的要求，那即可選擇規(guī)范型UPS假如你設(shè)備在停電時，短時間的備用時間還缺乏以滿足你需求，那么你可選用長效型UPS。
2 UPS在線并機(jī)擴(kuò)容功能

機(jī)房UPS容量的規(guī)劃,可以根據(jù)不同時期的負(fù)載容量要求,采用逐步擴(kuò)容的方案,使投資方案更經(jīng)濟(jì),同時也能使UPS工作于較佳的效率點(diǎn)。目前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機(jī)功能,不僅提高了系統(tǒng)的可靠性,同時也為機(jī)房擴(kuò)容提供了條件。只要規(guī)劃時在UPS前后配電箱預(yù)留足量的空氣開關(guān),并在機(jī)房規(guī)劃相應(yīng)空間,即可實(shí)現(xiàn)UPS并機(jī)擴(kuò)容功能。關(guān)鍵是并機(jī)的過程處理,多種品牌UPS并機(jī)時需要對UPS的設(shè)置進(jìn)行修正,此時要求UPS必須工作在維修旁路狀態(tài),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(tǒng)的大面積癱瘓。所以并機(jī)擴(kuò)容必須具備在線并機(jī)功能,即UPS并機(jī)擴(kuò)容時,只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后,在不關(guān)閉原有UPS系統(tǒng)的情況下,直接將新增UPS并入原有系統(tǒng)即可,擴(kuò)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(fēng)險操作。

2.3采用模塊化UPS,實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容
靜態(tài)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?yàn)榻佑|器吸合時,接觸點(diǎn)會打火,一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作了。而晶閘管則不存在此問題,同時可以縮短切換時間。

(2)建議使用在較好的電力環(huán)境下,比如供電單位等。

4 降低輸入電流諧波，提高功率因數(shù)

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力線路呈現(xiàn)一定阻抗,等效為電阻、電感和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò),由于非線性負(fù)載產(chǎn)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(fā)熱(如電容、變壓器、電機(jī)等);電氣組件溫升高、效率低、加速絕緣老化、降低使用壽命;*設(shè)備正常工作;無功功率增加,電力設(shè)備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設(shè)備);供電效率低;出現(xiàn)諧振,特別是柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時更嚴(yán)重;空開跳閘、熔絲熔斷、設(shè)備無故損壞。UPS對于電網(wǎng)而言是一個非線性負(fù)載,在工作的時候會產(chǎn)生大量的諧波。以配置6脈沖整流器的UPS為例,其輸入功率因數(shù)一般為0.75左右,諧波大于30%。降低UPS工作諧波的主要方法有:

(1)采用12脈沖整流器。其原理是在原有6脈沖整流器基礎(chǔ)上,在輸入側(cè)增加一個移相變壓器和6脈沖整流器。采用該技術(shù)方案后,可以將諧波降低至10%左右。優(yōu)點(diǎn)是較為簡單,諧波改善明顯;缺點(diǎn)是對功率因數(shù)改善有限,價格略高。

(2)采用無源濾波器。依據(jù)LC濾波電路原理,對UPS產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾除,并對功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡單,成本較低;缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償特點(diǎn)階次的諧波,同時受負(fù)載阻抗影響較大,無法適用于全功率段。

(3)采用有源濾波器。原理是利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)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(dá)到實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的。優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償多個階次的諧波,且不受負(fù)載阻抗大小的影響;缺點(diǎn)是購置成本較高。

(4)采用高頻IGBT整流及PFC功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)整流器。原理是采用高頻率PWM控制IGBT導(dǎo)通,對輸入電壓波形進(jìn)行分割,使輸入電流波形盡量接近正弦波,并對輸入電壓和電流相位差進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是體積輕,價格便宜,效果好;缺點(diǎn)是技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易維護(hù),受功率器件影響,目前容量大小受到限制。

以上幾種技術(shù),性能及投資對比如表1所示,可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方案。

目前,模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應(yīng)用,模塊化UPS特點(diǎn)主要包括:可擴(kuò)容、平均故障修復(fù)時間(MTTR)短、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。以臺達(dá)C系列UPS為例,每個模塊為20kVA,整個系統(tǒng)可擴(kuò)容至160kVA,可以根據(jù)機(jī)房的實(shí)際容量需求,逐步擴(kuò)容,只要在機(jī)房初期規(guī)劃好配電容量即可。同時,實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余也比較劃算,以60kVA的容量要實(shí)現(xiàn)“N+1”冗余為例,傳統(tǒng)方案必須擴(kuò)容一臺60kVAUPS,而采用模塊化UPS,則只需擴(kuò)容一個20kVA的模塊即可,節(jié)省大筆資金的投入。

3 提高UPS自身能效,優(yōu)化負(fù)載效率曲線

目前UPS均為在線式雙變換構(gòu)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400kVA的UPS為例,每度電按0.95元計(jì)算,UPS效率每提高1%,一年節(jié)省的電費(fèi)為400×0.8×0.01×24×365×0.95=26630.4元?？梢娞岣遀PS的工作效率,可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費(fèi),可見提高UPS效率是降低整個機(jī)房能耗的直接方法。因此采購UPS,盡量采購效率更高的UPS。

  圖2 UPS效率與輸出功率關(guān)系曲線

    　圖3 ECO模式轉(zhuǎn)正常供電模式波形圖

當(dāng)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(jī)系統(tǒng)時,根據(jù)系統(tǒng)規(guī)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(dá)到95%以上,也是沒有意義的,所以要求UPS必須采取措施優(yōu)化效率曲線,使UPS效率在較低負(fù)載時也能達(dá)到較高的效率。以臺達(dá)C系列20kVAUPS為例,其滿載功率為20kVA/18kW,如圖2所示,其負(fù)載在2kW以下時已經(jīng)高于90%,從6kW到16kW就已經(jīng)能夠滿足95%的高效率。

除了提高UPS自身的效率之外,UPS上面的一些功能也可加以利用。比如像ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,其原理是在較好的市電環(huán)境時,激活此功能,使UPS由靜態(tài)旁路直接供電,此時逆變器處于待機(jī)狀態(tài),正常工作,但不輸出能量,一旦市電異常,UPS立即切換到逆變器供電狀態(tài),切換時間一般在1ms以內(nèi),具體可參考圖3,由于此時的逆變器處于待機(jī)狀態(tài),所以自身損耗很小,此時UPS的整機(jī)效率可以達(dá)到97%以上,比正常模式減少3%以上的損耗。