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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: 2020-01-06 0:41:20 * 浏览: 3
现代先进的UPS具有经济的运行模式。具有经济运行模式的UPS被称为“经济模式UPS”。经济型UPS具有效率和可靠性。使用经济模式UPS是数据中心节能的重要措施。本文对经济模式UPS的性能进行了评估,并阐述了经济模式UPS的应用注意事项。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _ bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript '%3E%3C /脚本%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,双转换UPS通常用于满足可靠性和功能性的要求。双转换UPS对交流输入电源进行两次整流/反相以进行电源转换,并输出高质量的交流电源。电力的各种影响。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。因此,对UPS的效率提出了更高的要求。近年来,尽管双负荷UPS系统已达到约94%的满负荷效率。但是,UPS系统的损失仍然很大。例如,在一个小容量的数据中心中,假设负载功率约为100kW,UPS的功率损耗为6kW,一年的能量损耗为52560kWh。许多现代大型数据中心的负载要大得多,UPS损耗将成比例增加。另外,为了满足可维护性和容错性的要求,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,则对于N + 1个并行冗余UPS,单个UPS的负载率理论上为50%,对于2N双总线系统,其负载率为50%,对于2(N + 1)双总线系统,则为25%。实际上,具有N +1个并行冗余UPS的单UPS的负载率为30%到40%,2N双总线系统的负载率为30%到40%,而2(N +1)双总线系统的负载率为15%到20 %。在如此低的负载率下,UPS的系统效率将从满载时的90%下降到80%的范围。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实际上就是当市电质量很好时,UPS使用市电直接向负载供电。由此获得的电源系统的效率达到了节能的目的。当市电停电或质量下降时,UPS会切换到双转换模式,以满足负载对电能质量的要求。经济模式UPS技术适用于单UPS,并行冗余UPS和双总线UPS。使用经济模式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度模型(DCMM)功率部分明确建议使用经济模式UPS。 UPS的经济运行模式有其他名称,例如节能模式,节能系统(ESS),高效模式,VFD方法等。本文使用传统术语“ Ecomode”和“ EcomodeUPS”。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,并讨论了经济型UPS的实现方法和应用注意事项。 2 UPS系统的术语说明IEC62040-3指定了三种UPS内部技术(UPS拓扑),包括备用UPS(无源StandbyUPS),在线交互式UPS(lineinteractiveUPS),双转换UPS(doubleconversionUPS)。这些UPS具有不同的功率q并可以获得不同程度的电源保护。双转换UPS的输入/输出技术指标非常高,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,负载功率由整流逆变器进行两次转换,损耗大,系统效率不高。备用UPS和在线交互式UPS均为单转换UPS。通常,市电用于直接为负载供电。备用UPS的输出电压和频率与输入电源的电压和频率相同。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非常高,特别是备用UPS的系统效率。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还规定了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。 FDVFD表示UPS的输出电压和频率取决于输入电源(主电源)的电压和频率。 VI表示UPS的输出电压与输入电源(主电源)无关,输出频率取决于输入电源(主电源)的频率变化。 FIVFI表示UPS的输出电压和频率与输入电源(主电源)的电压和频率无关。这些电能质量代码与UPS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的结构和工作模式双转换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中使用最广泛的UPS。本文的其余部分仅讨论双转换UPS。双转换UPS系统由4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:市电向整流器提供交流电,整流器向逆变器提供直流电。逆变器将直流电转换为交流电并提供负载。 UPS大部分时间都在此模式下工作,也称为正常模式。 ②电池模式:如果市电停电或质量下降,不能满足整流器的要求,则整流器将不再向逆变器供电。逆变器由电池供电,并继续提供负载交流电。此时,输出电压和频率是独立的。 ③旁路模式:UPS故障或需要维修时,静态开关闭合(导通),负载直接由市电(旁路电源)供电。 4经济模式下UPS的结构和工作模式(1)结构双转换UPS的缺点是效率低。为了满足节能的需求,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。这种UPS称为经济模式双转换UPS,简称为经济模式UPS。经济模式UPS的硬件结构与传统的双转换UPS相同,它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,因此不会增加系统的复杂性。新方法中使用了原始功能元素,从而获得了新的性能并增加了新的工作方法。 (2)工作方式:经济上的区别模式UPS和传统的双转换UPS,除了上述三种工作模式外,还增加了第四种工作模式,即经济模式(或节能模式)。以经济的方式,打开静态旁路开关,UPS负载直接由市电供电。与备用UPS(VFD)一样,损耗极小(典型值约为1%)和效率。经济模式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)情况发生变化,UPS系统就会自动切换工作模式。它不仅满足关键负载对电能质量的要求,而且达到了节能的目的。如图2所示,当主电源指示灯在可接受的范围内时,UPS将以经济的方式运行,并使用主电源直接为负载供电。因此可以获得的系统效率。效率的典型值为98%〜99%,而双转换UPS的效率约为94%。这表明经济方法可以将效率提高4%至5%。当城市电力的目标超出预定目标,但整流器仍能正常运行时,系统切换到双转换模式,并通过整流器/逆变器向负载供电,从而使负载与电网完全隔离。各种城市力量。当市电电源中断或继续异常并且超出整流器的可接受范围时,UPS将以电池模式运行,利用电池提供的能量继续通过逆变器向负载供电。 UPS UPS设备本身发生故障或需要维护时,UPS将以旁路模式运行,并且负载通过静态开关由市电直接供电。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所独有的,并且此转换的控制是使用冗余控制设备实现的。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和频率,负载电压和频率。如果任何DSP检测到欠压或频率变化,它将发出命令以切换到双转换模式。这种固有的冗余控制电路非常可靠和安全。经济方法和双重转换方法的转换和返回条件可以根据城市电力的条件进行适当调整,以适应不同站点的特定条件。如果市电状况较差,则将在指定的时间内重复进行转换,并且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运行,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,因此将其关闭。因为半导体器件不执行开关操作并且没有电流流过,所以不会发生损耗。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,对系统效率的影响可以忽略。因为控制电路在经济模式下保持正常运行,所以当干线电源的质量下降并且需要切换到双转换运行模式时,可以立即添加所需功率半导体器件的驱动信号。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)。对关键无影响在转换过程中加载。经济模式是UPS的正常工作模式,而旁路模式是UPS发生故障时的紧急供电模式。尽管两者也将负载转换为由市电直接供电,但逆变器没有负载,没有损耗,并且具有相同的节能效果。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。当需要切换回双转换模式时,必须首先添加逆变器的控制电路,并且可以在逆变器与旁路电源同步之后执行转换,因此转换时间更长。