四大趋势看清UPS技术的未来
来源:    发布时间: 2020-01-02 10:52   242 次浏览   大小:  16px  14px  12px
云计算、大数据等颠覆性技能的开展突飞猛进,各行各业正马不停蹄地迈向数字化时代。面对数字化转型的应战,企业需求能够敏捷高效地呼应事务改变需求。在整个IT架构的革新过程中,数据中心的立异与革新一向备受关注。
云计算、大数据等颠覆性技能的开展突飞猛进,各行各业正马不停蹄地迈向数字化时代。面对数字化转型的应战,企业需求能够敏捷高效地呼应事务改变需求。在整个IT架构的革新过程中,数据中心的立异与革新一向备受关注。作为数据中心的动力源泉,UPS(三相不间断电源)配电体系不仅存在很大的开展空间,也一向存有迫切的立异需求。用户对UPS供配电体系的需求首要集中在三个方面:高可用性)、全生命周期的总本钱、UPS供配电体系对运输安装就位及场所的适应性以及运用操作保护过程中的灵活性。咱们以为,依据用户这三方面的要求,未来UPS将出现四大技能趋势。
  
  1.革命性的超级旁路优先运转形式
  
  研讨发现,传统的逆变器优先运转形式(双改换形式)和一般旁路优先运转形式,即ECO形式(经济形式)在可用性方面都存在较大的弱点。双改换形式输出沟通电压精度为1%,能量经过整流器和逆变器进行了两次100%的转化,UPS整机功率只要90-95%。但因为IT设备对沟通电的精度要求不高,该形式下1%输出精度这一优势并没有发挥其含义。反过来看,该形式下元器材的疲惫老化严重,寿数下降,导致UPS产品可用性下降。而ECO形式下,UPS优先运转在静态旁路,由市电直接给负载供电,带来的最大优点是将功率进步到了99%。可是市电电网故障千变万化,该形式并不能100%保证从旁路形式切换到逆变器形式,当切换时刻超越IT设备能够接受的范围时,就会造成IT设备重启,下降UPS可用性。
  
               图1.革命性的超级旁路优先运转形式
  
  2012年,施耐德电气研制出具有革命性的超级旁路优先运转形式(E改换形式),并取得该项的技能专利,2014年开端全面应用到GalaxyV系列产品中。该形式下,逆变器与旁路市电并联作业,逆变器准确操控的结果是终究完成由旁路市电供给有功功率(基波电流),逆变器供给无功功率(谐波电流),两者合起来便是IT负载所需求的电流。因而市电的输入功率因数可达>0.99,输入的谐波电流<3%。该形式下UPS供给一级供电质量,保证IT设备的正常运转。一起,逆变器还能够给电池供给10%的充电才能。当市电电网有问题的时候,会自动关断旁路市电供电,因为不存在切换时刻,或许说切换时刻=0ms,然后保证了可用性。另外,特别的可控硅关断操控技能,也保证电池的能量在任何情况下都不会倒灌回电网。
  
  超级旁路优先运转形式最大的长处在于,电容电感功率器材等没有接受所有的负载电流,长期处于轻载运转,因而元器材的疲惫老化细微,寿数延伸,体系可用性进步,能够满足用户高可用性、高功率、高输入性能指标的要求。
  
  2.多电平逆变器技能
  
  传统的工频机和高频机都采用的是两电平逆变器的技能。以常见的高频机来说,高频机两电平逆变器架构中,其功率器材IGBT的承压便是直流母线电压800V,只能挑选耐压值为1200伏甚至1500伏的IGBT功率器材。而耐压值越高的功率器材,其失功率越高。因而为了进步逆变器的可能性,有必要下降功率器材的承压。
  
  三电平逆变器经过添加功率器材串联来分管高频机的800V直流母线电压,使得每一只器材的承压下降到400V,这样就能够挑选600或许800伏耐压的功率器材,然后进步可用性。四电平逆变器能够使功率器材的承压下降到直流母线电压的1/3即266伏。因而能够采用500V或许600V耐压的功率器材,使得逆变器的可用性得到进一步的进步。从功率的视点来讲,三种技能的功率分别为94.5%,96%,96.5%。
  
                    图2.新式混合三电平逆变器
  
  多电平逆变器的缺点在于其添加了功率器材的数量,这使得制造本钱进步,理论上故障率也会相应进步。而采用混合型架构的三电平逆变器技能添加了一个零电压开关的操控环节,使得IGBT的开关损耗减少了50%,一起功率器材的数量也得到了下降。
  
  新式混合三电平逆变器的功率到达了97.5%,只用了24个功率器材。因而新式的混合三电平逆变器技能不但进步了功率,还下降了元器材的数量,下降了本钱,一起,理论上来看,因为元器材的数量的下降,可用性也得到了进步。
  
  3.从后备到储能——电池人物的转变
  
  咱们都知道,电池是UPS供配电体系中十分重要的一环,可是电池在绝大多数情况下都处于后备的被动作业的状态。我国10KV电网的年度均匀断电次数为1.22(2018年国家电网、南方电网统计),均匀每年数据中心的电池大约会有2次的运用机会,装备自启动发电机的情况下电池每次只作业一分钟,运用率十分低。可是电池日常保护作业量十分巨大。另外,关于大功率UPS体系来说,在10-15年的生命周期中,电池要替换2-3次,这导致电池的本钱超越UPS主机的本钱。
  
  假如将电池定位成自动作业的储能人物,电池的价值就会得到极大的发挥。
  
  电池的储能定位带来的一大优点便是下降本钱。依照我国大多数城市的峰谷电价计费形式,假如把电池定位成一个分布式的储能体系,操控电池依据峰谷计费的时段进行自动充电和自动放电,使用电价差进行套利,传统的12V100AH的蓄电池储能大约为1度电,理论上每天可获利0.75-1.5元。
  
                        图3.抗峰功用
  
  关于大型的数据中心(特别是大型云计算数据中心、保管数据中心等),进步变压器的负载率支撑更多的机柜是该数据中心商业形式愈加成功的关键。因为IT负载不是一条曲线,而是一条改变的曲线,会有峰值,因而在添加负载率的一起,应避免出现变压器过载情况。这时能够考虑用电池贮存的能量为超出变压器才能的这一部份峰值负荷供电。这就要求UPS具有“扛峰”功用:电网吸收的能量+电池组贮存的能量,一起给逆变器供电支撑IT负载。扛峰功用能够真正地进步变压器的负载率,一起又不必担心过载。关于大型数据中心来讲,是十分重要且实用的一个功用。
  
  自动作业的分布式储能的定位,要求电池能满足500-1000次循环次数/年,传统的铅酸电池只要500次循环寿数,不能满足要求。而锂电池的循环寿数能够到达10000-15000次,因而锂电池得以快速进入数据中心。假如依照每年1000次的放电循环的话,锂电池能够运用10-15年,与UPS主机的运用寿数相匹配,不再需求每3-5年替换一次电池。
  
  新的储能形式要求UPS主机的规划和功用有必要进行改变。例如,UPS应该具有自动操控的峰谷电价充放电的作业形式;让电网和电池的能量一起加起来给逆变器供电的这种扛峰的功用。另外,为了能够对锂电池快速回冲,UPS还有必要具有大功率的充电功用。传统的三相大功率UPS的充电才能是10%-20%,而新式的能够兼容锂电池的三相UPS的充电功率能够到达35%-80%。
  
  需求高度留意的是,今日的用户即便不采用锂电池,也应该采购具有兼容锂电池的UPS主机(35-80%充电才能、峰谷电价套利功用、扛峰功用),不然用户在接下来的10年时刻中都会被套在竞争力注定越来越弱的铅酸蓄电池上面。