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经济模式UPS在数据中心中的应用(第1部分)

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-10-02 0:24:26 * 浏览: 6
现代先进的UPS具有经济运行模式,具有经济运行模式的UPS被称为“经济模式UPS”。经济模式UPS的效率和可靠性。经济模式UPS的使用是数据中心节能的重要措施。本文评估了经济模式UPS的性能,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 / script%3E”),)1简介UPS是用于关键负载的不间断电源。在电信和数据中心中,通常使用双转换UPS来满足可靠性和功能性的要求。双转换UPS将交流输入电源进行整流/反相以进行两次电源转换,输出高质量的交流电源,关键负载将不受市场影响。各种疾病对电力的影响。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,尽管系统的双转换UPS的满负荷效率已达到94%左右。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,单个UPS的负载率非常低。假设N = 1,则单UPS的负载率,理论上N + 1并行冗余UPS的负载率为50%,2N双总线系统的负载率为50%,而2(N + 1)双总线系统的负载率为25%。实际上,N + 1个并行冗余UPS的独立UPS的负载率为30%至40%,2N双总线系统的负载率为30%至40%,而2(N + 1)双总线系统的负载率为是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%降至80%。在这种情况下,非常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。您还可以改变UPS的运行策略,采用经济的运行方式,可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实际上就是当电源质量良好时,UPS使用电源直接为负载供电。这样获得的电源系统的效率可以达到节能的目的。当市电故障或质量下降时,UPS会转换为双转换模式,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。经济模式UPS的使用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)明确建议使用经济模式UPS。 UPS的经济运行模式还有其他名称,例如节能模式,节能系统(ESS),高效模式,VFD模式等。本文使用传统术语“ Ecomode”(Ecomode)和“ “经济型UPS”(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。 2UPS系统术语说明IEC62040-3指定了三种UPS内部技术(UPS拓扑),包括备用UPS(无源StandbyUPS),线路交互式UPS(lineinteractiveUPS),双转换UPS(doubleconvers)ionUPS)。这些UPS具有不同的电能质量,并且可以获得不同程度的电源保护。双转换UPS的输入/输出技术指标很高,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,市电用于直接向负载供电。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。 ,以稳定其输出电压,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。其中,UPS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。 VFD表示UPS的输出电压和频率取决于输入电源(市电)的电压和频率。 VI表示UPS的输出电压与输入电源(市电)无关,输出频率取决于输入电源(市电)的频率变化。 VFI表示UPS的输出电压和频率与输入电源(市电)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电能质量分类的详细说明。 3双转换UPS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。它是在电信和数据中心应用最多的UPS。本文的以下部分仅讨论双转换UPS。双转换UPS系统由整流器,逆变器,静态开关和蓄电池(包括电池转换器)四个主要部件组成(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:干线向整流器提供交流电源,从整流器向逆变器提供直流电源。逆变器将直流电转换为交流电以为负载供电。 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:如果市电中断或质量下降,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,并继续为负载提供交流电。此时,输出电压和频率是独立的。 ③旁路模式:UPS发生故障或需要维护时,静态开关闭合(导通),负载由市电(旁路电源)直接供电。 4经济型UPS的结构和工作方式(1)结构double双转换UPS的缺点是效率低。为了满足节能需求,可以将双转换UPS设计和配置为包含IEC62040-3性能分类的多模式双转换UPS。运行模式之一是使用VFD高效经济运行模式,即直接使用城市电力作为负载。这种UPS称为经济模式双转换UPS,或简称为经济模式UPS。经济型UPS的硬件结构与传统的双转换UPS相同,它也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。原始功能组件用于新方式,获得了新的性能,并增加了新的工作方法。 (2)工作模式the经济模式UPS与常规双转换UPS的区别在于,除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)。在经济模式下,静态旁路开关打开,UPS负载直接由市电供电,就像备用UPS(VFD)一样,损耗最小(典型值约为1%),效率最低。经济型UPS结合了双转换UPS(VFI)和单转换UPS(VFD)的优点,取得了很好的效果。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,当干线电源指示灯在可接受的范围内时,UPS会以经济的方式运行,并使用干线电源直接为负载供电。因此可达到的系统效率。效率的典型值为98%〜99%,而双转换UPS的效率约为94%。这表明使用经济方法可以将效率提高4%至5%。当市电指示灯超过预定指示灯,但整流器仍可正常运行时,系统切换到双转换模式,并且整流器/逆变器为负载供电,从而使负载与各种电源。当市电电源中断或持续异常时,超出整流器的可接受范围,UPS会以电池模式运行,利用电池提供的能量继续通过逆变器向负载供电。当UPS设备本身发生故障或需要维护时,UPS将以旁路模式运行,并且负载由市电通过静态开关直接供电。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特有的。该转换的控制通过冗余控制设备实现。例如,在由多个UPS模块组成的并行冗余UPS系统中,每个UPS模块都有自己的数字信号处理器(DSP)。当以经济模式运行时,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,它将发出命令切换为双转换。这种固有的冗余控制电路非常可靠和安全。经济模式和双重转换模式的转换和返回条件可以根据城市用电情况进行适当调整,以适应不同地点的具体情况。如果市电状况不佳,并且在指定的时间内有多次重复的转换,则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工作,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。因为半导体器件没有开关并且没有电流流过,所以没有损耗。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,所以当干线的质量降低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(或反之)反之亦然。在转换过程中不会对关键负载产生影响。经济模式是UPS的正常工作模式,旁路模式是UPS发生故障时采用的应急电源模式。尽管两者还将负载从市电转换为直接电源,但逆变器无负载,无损耗,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,并且只能在逆变器与旁路电源同步后才能执行转换,因此转换时间更长。