近几年,国内的通信及信息行业的发展,UPS得到了越来越广泛的应用。本文就主要是对UPS的应用和实际中的节能方法作了简单的探讨。
本人从事研究机电产品和节能设计开发、制造和服务工作多年,从实际应用角度,对UPS在实际应用和节能方面做简单的探讨。
UPS选取和系统配置概述
UPS实际上就是不间断的电源,其主要功能有两个:一是在市电发生异常时,通过电池保证用电负荷供电不间断;二是在市电供电正常时,合理的改善供电质量,并对备用电池充电。
首先对UPS的容量进行选择,可根据平时的负载量,再结合近期增加和中期发展,来计算所需要的UPS容量。其次要选择节能的UPS,今后的发展趋势是更大程度上的模块化和高频化,前者的好处是节约能源且方便扩容,后者的好处是提高了UPS的半载和轻载效率。
在系统配置供电方面,除了为关键负载提供电源,还要考虑UPS的分布式、串并联冗余,双系统、故障报警系统等方面。市面上的UPS配置很多,常用的有5种,①容量②分布式冗余③串联冗余④并联冗余⑤双系统。在选择其中的UPS时,要根据负载大小和一旦停机的后果来综合考虑,寻找合适的系统配置。UPS系统供电的主要对象是计算机、机房其他设备、变频器、服务器和监控设备等。
UPS的节能措施
UPS节能建议从其扩容方案、配电设计和电池配置等方面进行。
3.1合理、按需扩容
通常情况下,数据中心不是一次性建设,要兼顾今后的扩容发展,但是如果安装几套较大功率的UPS,而初期的负载又很少,会使利用率降低,造成投资和能源上的浪费。合理扩容建议从以下几点入手:
3.1.1方案设计
我们熟知的UPS供电主要有分散式和集中式两种,分散式的好处是分散了设备出现异常后造成大面积停电的后果,缺点是不便规划和管理。而集中式的好处缺点和分散式相反。在方案设计上多采用集中供电方案,当UPS装机的总容量超过一定的值,可将机房划分区域进行供电,建议的操作方式:单机的容量不超过400kVA,并机的数量也超过3台。
3.1.2 UPS在线并机扩容
容量的规划,采取逐步扩容的方法,可使建设更加经济合理。方法是:利用UPS冗余并机的功能,在规划前期预留出足够的线路和空间。在进行扩容时,需对UPS进行并机和修正。为避免市电直接带载断电引发的故障,采用在线并机,在软件修改设置完成(好)后,直接并入原有系统。此外还要对UPS进行模块化,实现逐步扩容,优点是平均故障的修复时间短且可实现“N+X”冗余。
3.2优化UPS效率曲线和最高效率点设计
现在UPS多是采用在线式双变换构架,工作中的逆变器和整流器在耗电方面都比较大,以400KVA的UPS为例,效率提高1%,电费按1.05元一度,那么一年内节省电费(400KVA×0.8)×0.01×24×365×1.05=29433.6元,所以优化UPS的效率曲线是降低机房能耗的最有效、最直接的方法。
在采用新构架的基础上,即使较低的负载也要达到较高的效率,推荐使用30%左右负载下的效率值(该负载倾向于是多数中等到大规模数据中心的平均运行负载);还要使单个UPS的容量不大于总容量的50%,以保证UPS效率在较低负载时就能达到较高的效率。
对于大功率的UPS电源产品,尽量采用ECO的运行模式,以达到高效节能的目的。
3.3提高功率因数,降低电流谐波
谐波是线路自身产生的阻抗,其可等效为无源网络,由于是非线性的,所以会让电流和电压产生畸变。其危害在于:使组件温度升高,效率降低,加快损耗,缩短了使用寿命,同时还会干扰其他设备正常进行工作,造成电能浪费等等。
降低UPS谐波势的具体方法有:①采用无源滤波器。根据LC电路原理,对谐波进行滤除,并进行功率补偿。②采用有源滤波器。利用半导体可控功率的特点,输入与谐波幅值相同,相位相反的电路,达到补偿电流的目的;③采用12脉冲整流器;④采用高频整流,利用PWM来控制IGBI的通断,并对电流电压进行相位差补偿。
结合实际的应用情况,合理的设计最高效率点、提升整机效率、降低空载损耗,在现有技术的条件下,UPS产品在应用中提升2-4%的效率,是完全可以实现的。
3.4电池配比管理
节能方式有:①智能管理。通过对影响寿命因素的处理,达到智能调控的目的。主要包括充电时的温度补偿,放电完成后终止电压控制等等。②并机共用。并联接入母线系统后的电池,实现了共享,降低了成本。③智能配电。计算设备供电时间,实现不同等级的负载多次下电保护,提高使用效率。④采用新型节能电池,如燃料电池。
4.日常使用与维护
①长期闲置的UPS可使里边的蓄电池内阻变大,充放电性能变差;②满载与过载会影响UPS的寿命。应结合效率曲线和最高效率点,来综合考虑负载的接入情况;过度轻载也会影响寿命;对于停电频繁地区的用户,长期处于“欠充”状态,也会导致电池过早损坏;③注意开关顺序。先打开UPS,再打开负载,避免瞬间电流过大所带来的冲击。不要频繁开启UPS,开启与关闭时间,应该间隔5分钟以上。④UPS的最佳负载类型是电阻性负载,尽量不要在UPS上接大功率变压器等电感性负载。电感性负载的启动电流一般会达到额定电流的3~4倍,会引起UPS的瞬时超载,影响UPS的寿命;⑤通过计算机,设置报警系统对UPS进行实时监控,发现问题及时处理;⑥仅在工作时间使用的UPS,在工作结束后要及时封闭设备,并堵截输入电源,给设备休息的时间。对于长期工作的UPS,建议每月休息10小时以上;⑦重视长时间小电流“浮充”对UPS电池的危害,定期对UPS电池放电;⑧控制环境温度。对于UPS所用的密封免维护电池来说,以温度25℃为标准,室温每增高或降低10℃,电池的使用寿命将缩短一半左右。
对UPS使用维护、节能降耗的不断探索,是经济绿色发展的目的所在。