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AST蓄電池直流屏/UPS蓄電池廠家授權(quán)
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隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和企業(yè)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識(shí)的不斷加深,，數(shù)據(jù)中心在近幾年迅速紅火起來(lái)。但隨之而來(lái)的就是日益龐大的電費(fèi)開銷,。如下圖所示,，一個(gè)數(shù)據(jù)中心在建設(shè)中的投資比例，其中電氣,、電源,、制冷總和占了一半以上的投資，其中光電氣方面投資就高達(dá)26%,，高額的電能消耗使得整個(gè)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。根據(jù)近期IDC以及Gartner的預(yù)測(cè)報(bào)告中都提到：到2010年,，企業(yè)平均每年在用電成本上的花費(fèi)將大于它當(dāng)年在硬件設(shè)備上的投資額,。目前，能源供應(yīng)日趨緊張,，不僅各種原材料價(jià)格上漲,，電力價(jià)格也在逐步上漲，這將加劇數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)支出,。?
如何降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本成了各企業(yè)CIO關(guān)注的問題,，電都消耗到哪里去了？顯而易見是機(jī)房?jī)?nèi)林林總總的IT設(shè)備——服務(wù)器,、終端,、網(wǎng)路設(shè)備及制冷系統(tǒng)所消耗，節(jié)能至上而下可以從主要幾方面入手,。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；zui后是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zui重要一環(huán)，幾乎機(jī)房所有的IT設(shè)備均必需由UPS供電,，大型數(shù)據(jù)中心的UPS裝機(jī)總?cè)萘烤呀?jīng)達(dá)到百萬(wàn)伏安級(jí),。提高運(yùn)行時(shí)的能效勢(shì)在必行。目前UPS的節(jié)能必需從方案,、UPS,、電池、配電等方面*進(jìn)行。?
二,、?柔性規(guī)劃?
按需擴(kuò)容一般數(shù)據(jù)中心都不是一步到位,，都會(huì)考慮今后未來(lái)幾年的需求，但是UPS一般都是一步到位,，一次上了幾套大功率的UPS并機(jī),，結(jié)果初期負(fù)載只有10～20%，沒等帶到規(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(wú)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系統(tǒng)角度考慮，應(yīng)該包括：?
a）?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(tái)UPS為一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備供電，整個(gè)機(jī)房由很多套這樣系統(tǒng)構(gòu)成,。分散供電的好處是分散風(fēng)險(xiǎn),，不會(huì)因?yàn)橐慌_(tái)UPS供電異常造成大面積停電。缺點(diǎn)是UPS分散,，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系統(tǒng),，直接對(duì)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(lái)避免,。所以上面兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),，目前的數(shù)據(jù)中心一般采用集中供電方案，也集中的供電的風(fēng)險(xiǎn),。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(tái)時(shí)，其可靠性并不比單機(jī)系統(tǒng)高多少,。當(dāng)機(jī)房UPS裝機(jī)總?cè)萘砍^一定限度時(shí)?,，建議將機(jī)房按幾期規(guī)劃成幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行供電。規(guī)劃時(shí)可以參考：?jiǎn)螜C(jī)容量不宜超過400KVA,，并機(jī)數(shù)量不宜超過3臺(tái),。?
b）?UPS在線并機(jī)擴(kuò)容功能?
機(jī)房UPS容量規(guī)劃,，也可以根據(jù)不同時(shí)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(shí)也能使UPS工作于較佳的功率點(diǎn)。目前的中,、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(shí)也對(duì)機(jī)房擴(kuò)容提供了條件,。只要規(guī)劃時(shí)在UPS前后配電箱預(yù)留足額空開,，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,，多數(shù)品牌并機(jī)時(shí)需要對(duì)UPS電路或者進(jìn)行修正，此時(shí)必然要求UPS必需工作在維修旁路狀態(tài),，UPS由市電直接帶載,，如果此時(shí)市電波動(dòng)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(shí)，只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)*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,，避免因?yàn)榍袚Q至旁路供電的高分風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)作,。?
c）?采用模塊化UPS，實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容?
目前,，模塊化UPS已經(jīng)開始在國(guó)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(shí)間（MTTR）短,、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)N+X冗余,。以臺(tái)達(dá)C系列UPS為例，每個(gè)模塊為20KVA整個(gè)系統(tǒng)zui大可擴(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(shí)實(shí)現(xiàn)N+X冗余的也比較劃算,，以60KVA要實(shí)現(xiàn)N+1冗余為例，傳統(tǒng)方案必需擴(kuò)容一臺(tái)60KVA?UPS，而采用模塊化UPS,，則只需擴(kuò)容一個(gè)20KVA的模塊即可,，節(jié)省大筆資金的投入。??
三,、?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，其在工作時(shí)整流器,、逆變器均存在功率損耗,。以一個(gè)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（400KVA×0.8）×0.01×24×365×0.95=26630.4元。所以如何提高UPS的工作能效,，可以為一個(gè)數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費(fèi),。所以提高UPS效率是降低整個(gè)機(jī)房能耗的zui直接方法。所以采購(gòu)UPS,，盡量采購(gòu)效率更高的UPS,。當(dāng)然UPS效率高不僅僅要是滿載效率高，同時(shí)也必需具備一個(gè)較高的效率曲線,，特別是在1+1并機(jī)系統(tǒng)時(shí),，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，每臺(tái)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必需采用一下措施優(yōu)化效率虛線,，使UPS效率在較低負(fù)載時(shí)能達(dá)到較高的效率。以臺(tái)達(dá)C系列20KVA?UPS為例,，其滿載功率為2OKVA/18KW,，從下圖我們可以看到,，其負(fù)載在2KW以下時(shí)已經(jīng)高于90%,從6KW到18KW就已經(jīng)能夠滿足95%的高整機(jī)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(shí)，激活此功能,，使UPS由靜態(tài)旁路直接供電,，此時(shí)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(shí)間一般在1ms以內(nèi),，具體參考下圖,，藍(lán)色為輸入電流波形，黃色為輸出電壓波形,。由于此時(shí)的逆變器處于待機(jī)狀態(tài),，所以自身?yè)p耗很小，此時(shí)UPS的整機(jī)效率可以達(dá)到97%以上,，比正常模式節(jié)省3%以上的功率,。?
使用ECO模式必需具備以下條件：?
a）?靜態(tài)旁路必需采用兩組高可靠SCR晶體管，不得采用接觸器加SCR晶體管的組合,，因?yàn)榻佑|器吸合時(shí),，接觸點(diǎn)會(huì)打火，一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作了,。而SCR晶體管則不存在此問題,，同時(shí)可以縮短切換時(shí)間。?
b）?建議使用在較好的電力環(huán)境下,，比如一級(jí)供電單位等,。?
四、?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一定阻抗,?等效為電阻,、電感和電容構(gòu)成的無(wú)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,；干擾設(shè)備正常工作,；無(wú)功功率因素加大,?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,?特別是油機(jī)發(fā)電時(shí)更嚴(yán)重,；空開跳閘,、熔絲熔斷,、設(shè)備無(wú)故損壞。UPS對(duì)于電網(wǎng)而言是一個(gè)非線性的負(fù)載,，其在工作的時(shí)候會(huì)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：?
a）?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,，在輸入增加一個(gè)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(jiǎn)單,，諧波改善明顯，缺點(diǎn)是對(duì)功率因數(shù)改善有限,，價(jià)格略高,。?
b）?采用無(wú)源濾波器。采用LC濾波電路原理,，對(duì)UPS產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾除,，并對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單,，成本較低,，缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償特點(diǎn)階次的諧波，同時(shí)受負(fù)載阻抗影響較大,，無(wú)法全功率段適用,。?
c）?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(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的,。優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償多個(gè)階次的諧波,，且不受負(fù)載阻抗大小影響。缺點(diǎn)是購(gòu)置成本較高,。?
d）?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(duì)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(duì)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(jià)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,。?
上述幾種技術(shù),，性能及投資對(duì)比如下，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方案?
五,、?電池管及配電管理技術(shù)?
UPS都配備了電池,，往往用戶在電池組上的投資往往占整個(gè)UPS系統(tǒng)投資很大比例，甚至超過UPS本身的投資,，而電池的使用年限明顯低于UPS主機(jī)的年限,。由于電池主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料,，都會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,。因此減少電池使用數(shù)量，延長(zhǎng)電池循環(huán)使用壽命,，不僅是節(jié)省直接和間接的電池投資,，而且減少整個(gè)機(jī)房對(duì)社會(huì)環(huán)境的污染。所以UPS可以通過以下幾個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池的節(jié)能,。?
a）?并機(jī)共用電池組功能,。共用電池組原理是通過特殊的整流器控制及故障隔離技術(shù)，使并機(jī)系統(tǒng)中的兩臺(tái)或多臺(tái)UPS的整流同步,、母線均流,，使系統(tǒng)中的各臺(tái)UPS母線可直接并聯(lián)，然后將滿足系統(tǒng)后備時(shí)間要求的電池并聯(lián)后接入并聯(lián)母線系統(tǒng)中,，實(shí)現(xiàn)電池的共享,，減少電池投資。以1+1為例,，傳統(tǒng)的UPS方案,，系統(tǒng)后備1小時(shí)，考慮其中一臺(tái)UPS故障時(shí),，UPS2的電池不能為UPS1使用,，所以UPS1和UPS2必需各配置1套1小時(shí)的電池組，才能保障系統(tǒng)在斷電后還能備用1小時(shí),。采用共用電池組方案后,，因?yàn)閁PS1故障后，系統(tǒng)中的電池仍能為UPS2提供能量,，所以整個(gè)系統(tǒng)僅需配置1套1小時(shí)電池即可,。不僅節(jié)省了電池直接投資,，同時(shí)也節(jié)約機(jī)房在空間、承重及空調(diào)等方面的投資,，也降低了對(duì)環(huán)境的污染,。?
b）?智能電池管理技術(shù)。影響電池壽命的因素有很多,，主要包括溫度,、充電、放電,、循環(huán)次數(shù)等,。如果能夠?qū)ι鲜鰩讉€(gè)因素進(jìn)行合適的處理，可以大大延時(shí)電池是使用壽命,，延長(zhǎng)電池更換周期,，節(jié)約電池投資。UPS的智能電池管理技術(shù)主要包括,，電池均浮充管理（均浮充控制）,、充電溫度補(bǔ)償、智能放電截止電壓控制,，除此之外還應(yīng)具備電池定期自動(dòng)檢測(cè)和電池漏液檢測(cè)功能,。另外還可以選擇輸入電壓范圍較寬的UPS，減少電池放電次數(shù),。通過上述幾種技術(shù),，可大幅度延長(zhǎng)電池壽命2～3年。?
c）?智能UPS配電管理技術(shù),。原理是通過偵測(cè)UPS電池電壓或者設(shè)備供電時(shí)間,，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房中不同等級(jí)負(fù)載的多次下電保護(hù)功能，減少電池投資,、提高電池使用率,。智能UPS配管理技術(shù)主要有兩種方案，包括軟件實(shí)現(xiàn)方式及硬件實(shí)現(xiàn)方式,。以臺(tái)達(dá)UPS為例,，其軟件方式是在UPS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，在負(fù)載服務(wù)器安裝Delta?Shutdown?Agent關(guān)機(jī)代理程序,，當(dāng)市電異常并滿足電池電壓或者定時(shí)條件時(shí),，關(guān)機(jī)代理會(huì)自動(dòng)保存系統(tǒng)程序，然后關(guān)閉服務(wù)器,。?
硬件方式UPS輸出配置一個(gè)智能配電屏,，通過PLC偵測(cè)UPS電池電壓或定時(shí)要求，當(dāng)滿足上述條件時(shí),，智能配電屏根據(jù)設(shè)定分時(shí)關(guān)斷某路輸出,。目前此方案已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多條地鐵的UPS供電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,。?
六、?結(jié)束語(yǔ)?
數(shù)據(jù)中心節(jié)能必需從上至下,，或者從基礎(chǔ)設(shè)施到核心設(shè)備*抓起,，UPS是整個(gè)交流供電環(huán)節(jié)的核心所在,，做好UPS的節(jié)能不僅可以節(jié)約大筆的設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用,，同時(shí)也大幅降低了后期的運(yùn)行成本。當(dāng)然,，UPS節(jié)能需要用戶和廠家共同推進(jìn),，目前UPS廠家已經(jīng)紛紛推出了各自的產(chǎn)品或方案，客戶只需量身規(guī)劃即可,。?