近幾年,國內的通信及信息行業的發展,UPS得到了越來越廣泛的應用。本文就主要是對UPS的應用和實際中的節能方法作了簡單的探討。
本人從事研究機電產品和節能設計開發、制造和服務工作多年,從實際應用角度,對UPS在實際應用和節能方面做簡單的探討。
UPS選取和系統配置概述
UPS實際上就是不間斷的電源,其主要功能有兩個:一是在市電發生異常時,通過電池保證用電負荷供電不間斷;二是在市電供電正常時,合理的改善供電質量,并對備用電池充電。
首先對UPS的容量進行選擇,可根據平時的負載量,再結合近期增加和中期發展,來計算所需要的UPS容量。其次要選擇節能的UPS,今后的發展趨勢是更大程度上的模塊化和高頻化,前者的好處是節約能源且方便擴容,后者的好處是提高了UPS的半載和輕載效率。
在系統配置供電方面,除了為關鍵負載提供電源,還要考慮UPS的分布式、串并聯冗余,雙系統、故障報警系統等方面。市面上的UPS配置很多,常用的有5種,①容量②分布式冗余③串聯冗余④并聯冗余⑤雙系統。在選擇其中的UPS時,要根據負載大小和一旦停機的后果來綜合考慮,尋找合適的系統配置。UPS系統供電的主要對象是計算機、機房其他設備、變頻器、服務器和監控設備等。
UPS的節能措施
UPS節能建議從其擴容方案、配電設計和電池配置等方面進行。
3.1合理、按需擴容
通常情況下,數據中心不是一次性建設,要兼顧今后的擴容發展,但是如果安裝幾套較大功率的UPS,而初期的負載又很少,會使利用率降低,造成投資和能源上的浪費。合理擴容建議從以下幾點入手:
3.1.1方案設計
我們熟知的UPS供電主要有分散式和集中式兩種,分散式的好處是分散了設備出現異常后造成大面積停電的后果,缺點是不便規劃和管理。而集中式的好處缺點和分散式相反。在方案設計上多采用集中供電方案,當UPS裝機的總容量超過一定的值,可將機房劃分區域進行供電,建議的操作方式:單機的容量不超過400kVA,并機的數量也超過3臺。
3.1.2 UPS在線并機擴容
容量的規劃,采取逐步擴容的方法,可使建設更加經濟合理。方法是:利用UPS冗余并機的功能,在規劃前期預留出足夠的線路和空間。在進行擴容時,需對UPS進行并機和修正。為避免市電直接帶載斷電引發的故障,采用在線并機,在軟件修改設置完成(好)后,直接并入原有系統。此外還要對UPS進行模塊化,實現逐步擴容,優點是平均故障的修復時間短且可實現“N+X”冗余。
3.2優化UPS效率曲線和最高效率點設計
現在UPS多是采用在線式雙變換構架,工作中的逆變器和整流器在耗電方面都比較大,以400KVA的UPS為例,效率提高1%,電費按1.05元一度,那么一年內節省電費(400KVA×0.8)×0.01×24×365×1.05=29433.6元,所以優化UPS的效率曲線是降低機房能耗的最有效、最直接的方法。
在采用新構架的基礎上,即使較低的負載也要達到較高的效率,推薦使用30%左右負載下的效率值(該負載傾向于是多數中等到大規模數據中心的平均運行負載);還要使單個UPS的容量不大于總容量的50%,以保證UPS效率在較低負載時就能達到較高的效率。
對于大功率的UPS電源產品,盡量采用ECO的運行模式,以達到高效節能的目的。
3.3提高功率因數,降低電流諧波
諧波是線路自身產生的阻抗,其可等效為無源網絡,由于是非線性的,所以會讓電流和電壓產生畸變。其危害在于:使組件溫度升高,效率降低,加快損耗,縮短了使用壽命,同時還會干擾其他設備正常進行工作,造成電能浪費等等。
降低UPS諧波勢的具體方法有:①采用無源濾波器。根據LC電路原理,對諧波進行濾除,并進行功率補償。②采用有源濾波器。利用半導體可控功率的特點,輸入與諧波幅值相同,相位相反的電路,達到補償電流的目的;③采用12脈沖整流器;④采用高頻整流,利用PWM來控制IGBI的通斷,并對電流電壓進行相位差補償。
結合實際的應用情況,合理的設計最高效率點、提升整機效率、降低空載損耗,在現有技術的條件下,UPS產品在應用中提升2-4%的效率,是完全可以實現的。
3.4電池配比管理
節能方式有:①智能管理。通過對影響壽命因素的處理,達到智能調控的目的。主要包括充電時的溫度補償,放電完成后終止電壓控制等等。②并機共用。并聯接入母線系統后的電池,實現了共享,降低了成本。③智能配電。計算設備供電時間,實現不同等級的負載多次下電保護,提高使用效率。④采用新型節能電池,如燃料電池。
4.日常使用與維護
①長期閑置的UPS可使里邊的蓄電池內阻變大,充放電性能變差;②滿載與過載會影響UPS的壽命。應結合效率曲線和最高效率點,來綜合考慮負載的接入情況;過度輕載也會影響壽命;對于停電頻繁地區的用戶,長期處于“欠充”狀態,也會導致電池過早損壞;③注意開關順序。先打開UPS,再打開負載,避免瞬間電流過大所帶來的沖擊。不要頻繁開啟UPS,開啟與關閉時間,應該間隔5分鐘以上。④UPS的最佳負載類型是電阻性負載,盡量不要在UPS上接大功率變壓器等電感性負載。電感性負載的啟動電流一般會達到額定電流的3~4倍,會引起UPS的瞬時超載,影響UPS的壽命;⑤通過計算機,設置報警系統對UPS進行實時監控,發現問題及時處理;⑥僅在工作時間使用的UPS,在工作結束后要及時封閉設備,并堵截輸入電源,給設備休息的時間。對于長期工作的UPS,建議每月休息10小時以上;⑦重視長時間小電流“浮充”對UPS電池的危害,定期對UPS電池放電;⑧控制環境溫度。對于UPS所用的密封免維護電池來說,以溫度25℃為標準,室溫每增高或降低10℃,電池的使用壽命將縮短一半左右。
對UPS使用維護、節能降耗的不斷探索,是經濟綠色發展的目的所在。
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