途创机电

致力于打造一体化解决方案

从客观对比角度来论证第二代高频UPS的技术优势

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-09-19 2:53:30 * 浏览: 4

数据机柜公司同时,人们对突发事件的防范意识也越来越高,集中应急供电系统或应急电源越来越受到人们的重视和需求,并在更多的相关场合成为必备的集中应急供电系统    与原始的二路自切供电、油机等备用电源等应急供电方式相比,采用蓄电池储能、通过电力电子变流技术取得交流电源的静止逆变式应急电源系统,它具有许多独特的优势和极为广泛的实用性,是一种真真的有效的末端切换装置。近年来得到迅速的发展,以至于被公安部国家消防检测中心认可作为应急灯集中供电的专用应急电源“EPS(EmergencyPowerSupply)”。    EPS在结构与工作原理上与伴随着信息产业发展起来的不间断电源(UPS)截然不同的。EPS主要为满足应急供电系统高可靠、高效率、混合负载、过载能力(120%能正常运行)、环境适应性、自诊断能等,多数时间处于后备状态(OFFLINE)等特殊应急要求即可起动逆变系统,而UPS主要为满足应急供电系的切换时间,追求零切换、输入输出锁相、稳压稳频精度高等,现大多数UPS处于在线工作状态(ONLINE)即逆变系统长期工作,从而它效率低、负载适应性差、环境适应性差、过载能力低(通常为标称值的60-80%)。在工作原理、工作方式、性能指标、构造、选型、安装、维护等方面均与UPS有很多不同。准确的理解、设计、制造、应用、选型和维护,是保证EPS长期可靠运行的必要条件。    一,EPS的构造与性能特点    EPS一般由充电器、蓄电池组、逆变器、自动切换装置、输入输出部件、电池监测装置、控制系统、状态显示器、操作面板等部分组成。    (1)充电器    为使蓄电池组保持充足电的状态并能多次反复循环使用,充电器与蓄电池组是EPS不可缺少的组合部分。因EPS通常工作于后备状态,不需在线运行,市电正常时,EPS通过切换开关直接向负载供市电,并由充电器对蓄电池充电。按GB17945-2000的要求EPS的循环充电时间不大于24h,充电器的额定输出电流值一般为C/20。

列间级精密空调设计值得一提的是地平面的工频波动对ICT设备的影响并不大大部分ICT机房的地平面都是由高架地板形成电阻(对应工频阻抗)极小但寄生电感与线路包围的面积相关感值在μH级别对高频电流有较大影响因此在图4线路中仅i5、i6的高频波动对ICT设备会产生一定影响其余i1~i4产生的零地电压对ICT设备并没有什么影响。    3高频机与工频机零地电压对ICT设备的影响对比在上面分析的系统中仅有i5、i6的高频波动会对ICT设备产生一定影响。那么工频机与高频机到底在零地电压上有什么区别?    从图6可以看出工频机带输出隔离变压器输入N接在隔离变压器中性点处这样输入N就不含工频及高频成分(实际上UPS输出N的高频成分还是会耦合到输入N上但含量极小可忽略)其它地方的零地电压与高频机相同。即工频机零地电压主要由i2~i6及对应的线路阻抗决定而高频机零地电压由i5~i6及对应的线路阻抗决定所以相同情况下大部分工频机测量出来的零地电压比高频机低尤其是在测量点为A、X的时候。    根据前面的结论零地电压并不直接影响ICT负载只有图6中的i5、i6会影响ICT负载正常运行。而工频机和高频机的i5、i6及线路阻抗并没有区别因此工频机和高频机对ICT负载的影响机理是相同的没有优劣之分。    UPS输出线上(即负载电源输入线)的高频纹波对i5、i6有直接影响有些高频机厂商为了降低成本用小滤波电感输出电压高频纹波滤除不彻底导致高频机在机房产生*问题但从原理上看工频机由输出隔离变压器的漏感充当滤波电感一样存在高频纹波滤除不彻底的问题。因此工频机与高频机零地电压对机房的影响没有区别。    4配电系统与零地电压的关系    以上的分析主要是基于TN-S系统这是国内数据机房最普遍的配电系统实际上对于国外或者一些县局单位还会用到其他配电系统而其他配电系统中的零地电压与TN-S系统中的零地电压不管是产生原因还是影响都不尽相同。    根据IEC及GB定义一共分为IT、TT、TN-C、TN-S、TN-C-S五种配电系统其中TN-C-S是TN-C、TN-S两种的综合体不单独分析。

厦门机房空调厂家在某改造项目中,艾默生网络能源成功为客户的两套(1+1)并机UPS系统组成的双母线供电系统进行了ECO模式改造,并在节能效果上完美达到了客户的预期目标现场实测显示,在保证可靠性的基础上,供电系统在35%负载的情况下,节能性可以提高2%~3%,以此推算,一台400KVA的UPS系统一年可节省高达3万度的电能损耗,极大体现了并机UPS系统ECO模式在实际运行中的可行性和应用效果。    目前,艾默生网络能源已经为各领域众多客户的供电系统提供了ECO模式改造服务,以出色的实际效果,赢得了客户的一致好评。  。

UPS不间断电源供应商    2007年9月26日山西吕梁煤管局机房蓄电池故障起火其机房蓄电池火灾情况见图3    某商业银行总行由于蓄电池故障造成火灾经济损失上亿元图4为其机房蓄电池火灾图。    机房中的蓄电池引起的火灾其主要原因是正常维护和巡检不到位未能严格按规程要求落实检查、检测致使不能及时发现并排除蓄电池的故障和安全隐患由电池故障引起高温长时间的持续高温引燃蓄电池ABS塑料外壳导致火灾发生。    华为UPS具备*电池巡检功能可实时检测每一节蓄电池的内阻、温度、电压及时检测出蓄电池备电时间不足、充电不满、电池鼓胀、电池漏液、极柱温度异常、电池壳体温度异常等情况从而提前预警电池故障避免因电池的故障造成重大火灾事故的发生。    3华为UPS的辩证施治    华为UPS模块损坏时监控系统可正确上报故障的模块地址提示用户及时维护。同时华为UPS的功率模块、旁路模块、控制模块均支持在线热插拔故障时可在线更换故障模块将MTTR控制在5min内将UPS的可用性推向。    4结束语    据《史记·鹖冠子》记载魏文王问扁鹊:“子昆弟三人其孰最善为医?”    扁鹊曰:“长兄最善中兄次之扁鹊最为下。”    魏文王曰:“可得闻邪?”    扁鹊曰:“长兄于病视神未有形而除之故名不出于家。中兄治病其在毫毛故名不出于闾。若扁鹊者血脉投毒药副肌肤闲而名出闻于诸侯。”    华为UPS具有业界最优防雷技术、全面冗余设计、重要元件裕量设计、三防漆浸涂防护技术、风扇容错设计实现UPS的病未有形而除之,华为UPS具备电容、风扇、电池失效预警、电池节数可调、分级下电等功能治UPS病于病情初起之时,华为UPS的故障定位、模块更换及时解决UPS重大故障,华为UPS的设计理念来源于《黄帝内经》可比肩扁鹊三兄弟乃机房必备之选。

厦门机房空调设计    从图5中可以注意到服务器工况是铭牌额定值的80%这是因为服务器厂家在选择电源模块时考虑20%的功率富余而典型工况大概是铭牌额定值的67%。事实上服务器正常工作时的功耗小于典型工况。参见图5以电源模块负载率50%为对称轴负载率高于50%时效率值略有下降但高于对称负载率低于50%处。假定电源模块损耗可分为固定的空载损耗和可变的负载损耗根据实际测试数据空载损耗可控制不高于铭牌额定值的1.5%左右。基于以上三个因素IT设备双路电源模块选在主备模式时(主用模块负担100%热备模块负担0%)整体工作效率处于状态。    4市电直供影响及对应措施    市电直接给服务器供电的方式由于浪涌保护、谐波*、短路保护和交直流布线的复杂性增加会给供电系统可靠性带来不利的影响。因此市电直供电源系统的雷电过电压保护应使用分级保护逐级限压的保护措施。鉴于数据设备重要性市电直供条件下应增加雷电过电压精细保护做好绝缘配合。另外市电直供系统与其他备用UPS(交、高压直流)系统之间也应具备相应的等电位措施。  。

UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC变换的整流器(REC),进行DC/AC变换的逆变器(INV),逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池目前UPS电源较为广泛的应用于:应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。二、ups电源的工作原理解说UPS电源是将电整流滤波后一路供给逆变器输出标准的电压,一路供给电池,当市电断开时。UPS电池里的电经逆变器逆变成标准电压供给负载,保证供给负载绿色稳定持续的电源。UPS首先将市电输入的交流电源变成稳压直流电源,供给蓄电池和逆变器,再经逆变器重新被变成稳定的、纯洁的、高质量的交流电源。它可完全消除在输入电源中可能出现的任何电源问题。⒈AC-DC变换:将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压,供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路,可避免开机时对电网的冲击。⒉DC-AC逆变电路:采用大功率IGBT模块全桥逆变电路,具有很大的功率富余量,在输出动态范围内输出阻抗特别小,具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术,及快速短路保护技术,使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路,均可安全可靠地工作。⒊控制驱动:控制驱动是完成整机功能控制的核心,它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外,还完成SPWM正弦脉宽调制的控制,由于采用静态和动态双重电压反馈。

    2、安全快捷的包装运输方案    在货物的包装环节——我们成立了专门的包装部,为客户的产品设计量身定做的包装方案,并通过品质部严格把关全部货物的外包装,均采用防漏、防潮、防震、防锈、防盗和考虑到可能会发生的野蛮装卸等长途内陆运输及多次装卸的需要,100%保证包装的质量和环保性能,    在货物运输环节——由商务部牵头,统筹生产部、包装部和品质部,联系线路的运输公司,为客户量身设计最安全、最快速、最经济的运输方案,并保持全程跟踪,保证货物以最快的速度安全到达客户安装现场。。

    一直以来供配电系统作为数据中心基础设施主要组成部分,它的高可靠、高可用性、高节能性能高可维护性在数据中心行业备受关注,因此对于数据中心供配电技术的研究也从未中断当前围绕数据中心供配电技术、产品、应用和整体解决方案也逐渐向标准化、系统化的方向发展,选择绿色的、经济的、高效的、可用性高的供配电系统已经成为数据中心建设和运维行业的共识。    中国科学院计算所高级工程师李成章先生    对此,中国科学院计算所高级工程师李成章在《数据中心供配电系统的可用性分级管理》的演讲中,深入探讨了高性价比的数据中心供配电解决方案追求的核心价值,并指出要根据数据中心的不同用户对可靠性、效率、成本的不同业务需求来选择最适合的UPS产品及其对应的供配电系统的可用性级别和架构,从而获得的TCO。    诱发数据中心供配电系统故障的几大因素    在造成数据中心瘫痪的原因中,以因供配电系统的产品选型和设计架构的”考虑欠妥”所诱发的电气瘫痪的危害性。相关的统计资料显示,它存在如下几种典型的故障隐患:(1)因UPS供电系统的产品或可用性级别的”选配欠妥”所诱发的故障占29%,    (2)因人为操作“失误”所诱发的故障占24%(例:2017年5月因托管机房的工程师对UPS供配系统的输入开关执行”误关断”操作而致使某国外航空公司的几乎所有的IT设备进入”宕机瘫痪”的事故),    (3)因未考虑到发电机带电容性负载的带载能力会“变弱“以及因阶跃性负载的“负载突增量过大”等原因所诱发的发电机“自动关机”的故障占10%,    (4)因气候及自然灾害所诱发的故障占12%(例:2017年12月,国外某机场因电力电缆的火灾所造成的长达十余小时的大面积停电事故)。    显而易见,能否消除掉上述的、足以对供配电系统的安全运行造成“致命危害”的故障隐患是能否确保该数据中心机房能长期可靠地运行的关键所在,以便为在后期的机房的日常运维操作过程中,能够及时地发现和规避这些风险、确保它能获得令人满意的可用性(99.99%∽99.999%)奠定下坚实的技术基础。根据GB50174—2017数据中心设计规范的要求,对于负责向IT/网络等关键设备供电的供配电系统而言,它所允许的瞬间供电中断时间应小于10ms。    通过对近年来发生在数据中心供配电系统中的多起事故的分析发现:同工频机UPS供配电系统相比,导致传统高频机UPS和模块化UPS供配电系统的故障率增高的重要诱因是:因为它们的抗瞬态输入过压保护的能力“变差“所致。通过在用户现场所捕捉到的输入故障波形以及在所搭建的故障模拟平台上所检测到数据可见:因“输入瞬态过压”而致使传统高频机和模块化UPS的典型故障类型有:因电池组异常放电所诱发的电池组使用寿命缩短,在UPS供配电系统的输出端发生输出闪断或“被损环”的事故。其故障高发期是:    (a)当10KV高压因故发生停电/闪断事故时或位于这些UPS供电系统上游侧的大容量ATS开关因故需执行切换操作的瞬间。在此期间,在UPS的输入端出现“输入瞬态过压”故障的几率很高,    (b)为降低生产成本和充分利用廉价电能(注:夜间谷期电价仅为白天峰期电价的1/3左右),高能耗企业可能会采用夜间生产、白天停工的生产管理体制。

所谓均分负荷系指在并机运行中,逆变器与市电均各承担50%的输出功率,输出电压则大致是市电电压与逆变器输出电压的乎均值而不均分负荷方式,则两者承担的功率是随机的。因为市电电压往往在早、中、晚有相当大的波动,当市电电压较高时兔荷可能人部分在市电侧;当市电电压较低晚负荷又可能主要由逆变器承担,但不论足“均分”还是“不均分”,一旦逆变器出了故降,则市电可自动满负荷工作.反之若市电出了故障,逆变器亦可自动满负荷工作。在并机运行中的静态开关称为“静态并机开关”。在系统不需要并机(例如设备检修)叭也可以由人工切换为市电单供或逆变器单拱,故亦具有普通静态转换开关所具有的功能。并机供电方式在转换过程中波形虽然是无间断的,但由于逆变器有内阻存在,所以转换过程中还是有电压波动的。如果采取并联均分负荷方式,则这种波动至多为逆变器由50%负荷突变为100%负荷引起的瞬间压降.这种压降是负裁允许的。如lR不采用均分负荷的方式,则并机时负荷主要由电压较高的—‘路承担,设市电电压高于逆变器电压,则此时如果市电停电,逆坐器就可能由零负荷或10%负荷突变为100%负荷,此时迎交器出现的电压跌露就相当可观。但二般来说,应该是负载正常工作可以忍受的。如果逆变器输出动态特牲差,以致被动过大使负载不能适应,应具备均分负荷的性能。否则维护人员应将逆变器输出电压赂为提高,使逆变器输出电压在任何时候均保持比市电电压赂高的数值,这样逆变器可以一直承担不少于50%的负荷。

然而,通过在几个关键方面的实际对比,我们不难发现,这款大功率UPS所具备的显著特性    相比较于代高频UPS的多模块设计,Liebert?eXL大功率UPS采用了类似于高可靠的工频机的设计方案,即单相功率模组的设计方式,并且在一个系统内配置了三个功率模组,这个全新的设计理念的好处之一就是彻底解决了环流问题,环流是0。我认为,这也是第二代高频UPS和代高频UPS的一个根本区别。Liebert?eXL大功率UPS在设计上的另一个关键点是,完全采用了电池组“不带N线”的电池充/放电设计方案,可以消除掉因电池组“带N线”可能产生的种种故障隐患。    此外,从其他一些设计细节也不难发现Liebert?eXL大功率UPS的优势何其鲜明。例如,代高频UPS在通风设计上,一般采用前进风后出风的方案,而Liebert?eXL大功率UPS采用了前进风上出风方式,这一设计所带来的优势,就是使系统可以靠墙部署,能够更高效地利用空间资源,从而为用户节省了机房占用面积。    根据对比,我们可以客观地得出结论,同目前市售的多模块型代高频UPS以及模块化UPS相比,Liebert?eXL大功率UPS在程度提升UPS系统可靠性,确保97%高效率的前提下,还在大幅提高UPS冗余并机供电系统的可利用率、电池组配置的灵活性和设备安装的适应性等方面具有领先的技术优势。  李成章,中国科学院计算所、高工。近20多年基于对各种UPS和发电机产品进行详尽分析和研究的基础上,参与金融、民航、地铁、石化、光伏和半导体、军用、BAT和电信等行业的大型数据中心机房的一体化供配电系统的设计和规划、数据中心机房的验收与评估、现场故障的分析和排除以及协助设计院完善设计方案等工作,积累了丰富的实际工作经验。自1990年起先后出版《现代UPS电源及电路图集》等5本UPS专著。90年代、在加拿大的McGill大学和荷兰的Twente大学从事科研工作近4年(合作研究员),并在IEEE、J.M.M.M及台湾的电子月刊等杂志上发表学术论文20多篇。