數(shù)據(jù)中心采用UPS系統(tǒng)的重要性

時(shí)間：2021-08-23作者：北京華譽(yù)鼎盛科技有限公司瀏覽：180

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(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1,輸入諧波小于3%,對(duì)電網(wǎng)無(wú)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(wú)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(duì)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?yàn)镋CO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(huì)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(tái)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(huì)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(chǎng)上ECO模式共有如下四個(gè)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(huì)負(fù)責(zé)對(duì)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(wú)功功率由逆變器提供。在這種運(yùn)行狀態(tài)下,無(wú)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(gè)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(gè)**的濾波器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)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(shí)現(xiàn)濾除諧波的功能。另外,這個(gè)**的有源諧波調(diào)節(jié)器還可以提供**前或滯后的無(wú)功電流,用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)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(duì)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(shí)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(shí)際上IT負(fù)載對(duì)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(gè)電壓范圍時(shí),逆變器參與調(diào)節(jié),不是**調(diào)節(jié),而是僅對(duì)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(wú)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(duì)不滿足IT負(fù)載要求的部分進(jìn)行調(diào)節(jié),而不是**地對(duì)總功率進(jìn)行整流再逆變的轉(zhuǎn)換,因?yàn)檫@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(gè)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(duì)3000個(gè)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(wàn)運(yùn)行費(fèi)用。





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  詞條說明

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  工業(yè)UPS電源是為了應(yīng)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域所設(shè)計(jì)的不間斷電源，運(yùn)用在與外界隔離的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。1、工業(yè)UPS電源需對(duì)高溫環(huán)境運(yùn)作的能力進(jìn)行著重考量設(shè)計(jì)，元器件的設(shè)計(jì)需適用于工業(yè)環(huán)境的運(yùn)作需求，適應(yīng)于高溫以及高濕，還需能夠應(yīng)對(duì)腐蝕性氣體對(duì)系統(tǒng)的侵蝕。2、工業(yè)UPS電源需查看實(shí)際的負(fù)載用電環(huán)境，當(dāng)用電環(huán)境良好時(shí)，即頻率與電壓波動(dòng)不大，需運(yùn)用高頻UPS就電源，否則就需運(yùn)用工頻UPS電源。3、泛地緣UPS電源機(jī)房