數(shù)據(jù)中心采用UPS系統(tǒng)的重要性

時間：2021-08-23作者：北京華譽(yù)鼎盛科技有限公司瀏覽：183

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來越廣泛,數(shù)據(jù)中心越建越大,用戶也越來越關(guān)注數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行費(fèi)用,要降低運(yùn)行費(fèi)用,采用率的UPS系統(tǒng)成了用戶的。




早期UPS的效率非常低下,其主回路結(jié)構(gòu)如圖1所示。




整流器主回路由可控硅組成,對電網(wǎng)污染很大。由于早期晶體管還不能承受高電壓大電流,所以逆變器主回路也采用可控硅,在直流逆變中,可控硅導(dǎo)通后不能受控關(guān)斷,需要1.5倍反向電流才能關(guān)斷,這大大影響了可控硅的開關(guān)速度,使得早期的逆變器工作頻率只有300Hz,雙變壓器的應(yīng)用也使得UPS整機(jī)效率只有84%。




到了上世紀(jì)八十年代,功率晶體管已經(jīng)能夠承受高電壓大電流了,這時候逆變器主回路采用功率晶體管取代可控硅。晶體管的工作頻率受到限制,工作頻率一般為1500Hz左右,由于逆變器工作頻率提高5倍,變壓器及濾波器的體積大大縮小,UPS整機(jī)效率比可控硅組成的逆變器提高5%以上。




隨著IGBT技術(shù)應(yīng)用越來越成熟,UPS廠商普遍采用IGBT作為功率器件,如圖2所示。







整流器主回路采用IGBT器件,實現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1,輸入諧波小于3%,對電網(wǎng)無污染。逆變器主回路也采用IGBT器件,由于IGBT器件的控制屬于電壓型控制,大大提高了逆變器的工作頻率,逆變器工作頻率達(dá)7500Hz以上,頻率提高可以使逆變器的濾波器體積進(jìn)一步縮小,采用無變壓器技術(shù)使得逆變器的銅耗和鐵耗大大降低,所以UPS整機(jī)效率較高可以達(dá)到96%。

雖然采用IGBT技術(shù)的UPS效率很高,但對于大型數(shù)據(jù)中心來說4%的能耗還是偏大。所以有很多用戶希望采用ECO運(yùn)行模式以進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用,因為ECO運(yùn)行模式達(dá)99%。傳統(tǒng)ECO模式如圖3所示。







市電通過旁路靜態(tài)開關(guān)直接向IT負(fù)載供電。達(dá)99%。市電上的干擾和負(fù)載產(chǎn)生諧波會互相影響。逆變器處于待機(jī)狀態(tài)沒有參與工作,相當(dāng)于一臺大的后備式UPS。這種傳統(tǒng)的ECO模式大型數(shù)據(jù)中心是不會采用的。




隨著UPS電源技術(shù)不斷發(fā)展,UPS廠商已經(jīng)在ECO運(yùn)行模式研發(fā)上投入巨資,下面我們來闡述一下主流UPS廠商開發(fā)的ECO工作模式。







目前市場上ECO模式共有如下四個功能







(1)市電輸入功率因數(shù)始終為1




如圖4,逆變器處于不帶有功負(fù)載工作狀態(tài),逆變器會負(fù)責(zé)對蓄電池的浮充。IT負(fù)載的有功功率(kW)**由市電提供,而IT負(fù)載的無功功率由逆變器提供。在這種運(yùn)行狀態(tài)下,無論負(fù)載的功率因數(shù)為多少,ECO模式能確保靜態(tài)旁路市電輸入端的功率因數(shù)維持在1。整流器處于待機(jī)狀態(tài)(注意,IT負(fù)載**的有功功率由市電提供)。




(2)雙向消除并隔離市電和IT負(fù)載產(chǎn)生的諧波




如圖4,逆變器作為**的有源濾波器并聯(lián)在輸入市電回路上,這是一個的有源諧波調(diào)節(jié)器,它可以吸收市電諧波及浪涌,使IT負(fù)載不受市電諧波及浪涌干擾而安全運(yùn)行,也能消除IT負(fù)載產(chǎn)生的諧波,不讓這些諧波去影響市電上的其它負(fù)載。這個**的濾波器能夠?qū)崟r檢測電網(wǎng)中由非線性負(fù)載產(chǎn)生的電流波形,分離出諧波部分,將其反相,再通過IGBT逆變器的發(fā)出將反相電流注入到電網(wǎng)中,實現(xiàn)濾除諧波的功能。另外,這個**的有源諧波調(diào)節(jié)器還可以提供**前或滯后的無功電流,用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償,而在通常情況下,一般有源濾波器的容量只有總功率的30%。注意,在這種ECO模式下,IT負(fù)載的有功功率(kW)**由市電提供。







(3)對于**不平衡的三相IT負(fù)載,逆變器的有效參與能使三相市電輸入基本平衡




如圖5所示,IT的A相負(fù)載為90kW,IT的B相負(fù)載為90kW,而IT的C相負(fù)載為零。由于逆變器并聯(lián)在市電供電回路中,實際市電輸入功率為:A相60kW,B相60kW,C相也輸入60kW,只是C相的60kW的功率被逆變器整流(AC/DC,交流變直流)輸入至蓄電池直流母線上,而這60kW的直流能量由逆變器再逆變(DC/AC,直流變交流)至逆變器A相輸出30kW，逆變器B相輸出30kW，逆變器A相輸出的30kW功率和市電A相輸入的60kW功率相疊加剛好滿足A相IT負(fù)載90kW要求，逆變器B相輸出的30kW功率和市電B相輸入的60kW功率相疊加剛好滿足B相IT負(fù)載90kW要求，而C相IT負(fù)載依然為零，但是市電輸入的三相功率是基本平衡的。







(4)逆變器有限參與輸出電壓(IT負(fù)載電壓)的調(diào)節(jié)










  實際上IT負(fù)載對供電電壓范圍還是比較寬的,IT負(fù)載不需要220V,1%的精度,207V至233V,6%的電壓精度,IT負(fù)載接受,當(dāng)市電**出6%這個電壓范圍時,逆變器參與調(diào)節(jié),不是**調(diào)節(jié),而是僅對市電**限部分進(jìn)行電壓調(diào)整。




①一種情況:市電輸入電壓在207V與233V之間,如圖6。







逆變器不參與調(diào)節(jié),逆變器僅提供負(fù)載所需要的無功功率并作為有源濾波器濾除市電和負(fù)載的諧波。




②二種情況:市電輸入電壓**207V,假如為200V,見圖7。







如白天,市電為200V,逆變器輸出8V電壓和市電疊加,使IT負(fù)載得到208V,從而保證IT負(fù)載安全運(yùn)行,逆變器承擔(dān)部分有功功率。深夜,市電為240V,逆變器也輸出8V電壓和市電疊減,使IT負(fù)載得到232V,從而保證IT負(fù)載安全運(yùn)行。




ECO的這種調(diào)節(jié)模式,非常巧妙,它不認(rèn)為電源是**的不滿足IT負(fù)載要求,市電只存在小部分不滿足,所以這種ECO模式只針對不滿足IT負(fù)載要求的部分進(jìn)行調(diào)節(jié),而不是**地對總功率進(jìn)行整流再逆變的轉(zhuǎn)換,因為這種滿功率的雙變換一定是低效的。




如果大型UPS的ECO模式具有這四個功能，大型數(shù)據(jù)中心就能采用ECO運(yùn)行模式，從而使數(shù)據(jù)中心效率大大提高。對3000個機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心，每機(jī)柜6kW，總IT負(fù)載達(dá)18000kW，3%的節(jié)能，電費(fèi)每度一元，每年可以節(jié)省約470多萬運(yùn)行費(fèi)用。





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• UPS電源調(diào)試流程

  對于一臺UPS電源來說，進(jìn)行上述3項內(nèi)容的測試就可以了，但對于大批生產(chǎn)的UPS還必須進(jìn)行專項測試。專項測試可用抽樣的方式進(jìn)行，其內(nèi)容有：(1)在額定負(fù)載為**前及滯后兩種情況下，觀測UPS電源輸出的穩(wěn)壓效果。(2)小負(fù)載條件下的效率測試。在25%~35%的額定負(fù)載(滯后)條件下，質(zhì)量好的UPS電源，效率可**過80%。(3)頻繁操作試驗。此項試驗包括頻繁起動與頻繁轉(zhuǎn)換。①頻繁起動的目的在于檢驗?zāi)孀兤鳌?/p>

• 科士達(dá)ups電源機(jī)架式三進(jìn)單出

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