S&C电气公司电能质量产品部总监         BradfordP.Roberts
　　
　　摘要在过去20～25年里,用户一直被灌输这样一个UPS系统的设计理念:即无视成本地把高可靠性作为唯一的设计标准。随着数据中心整体规模的快速增长,以及非常高的功率密度,使得传统的UPS设计方案过于复杂而且成本昂贵。现在可以通过提高数据中心的电能效率来解决这个问题,并遏制难于控制的成本增长。
　　
　　文中介绍了用独特的方法来满足不断增长的电源需求,在机械负荷上增加UPS保护,降低整个供电基础设施的成本,但是仍然可以保持传统UPS系统设计的特点和整个系统的可靠性。

3 变革的阻力
　　
　　关键任务设施的运行经理们都面临着这样的压力——接受“绿色”基础设施的设计理念,较低的能源耗费,减少如UPS这样的支持系统的成本。尽管有中压解决方案成功实施的先例,但使用离线运行方式配置,将大型数据中心的设计转移到中压设计方案上来,仍将是一个比较大的变革。
　　
　　为使运行经理们更加乐于接受变革,采取能支持大规模数据中心(10,000kW,甚至更大)的设计方案,“混合UPS”解决方案的理念目前正应用到几个大型的关键任务设施的设计上。本文的目的就是阐述混合解决方案及其对行业变革所带来的益处。
　　
　　4 混合UPS配置
　　
　　混合UPS的配置就是将传统的低压UPS系统(一般为480V)和中压UPS系统(一般为15kV)简单地结合,采用两条母线设计来满足第IV等级的配置要求。此方案的优点是增加了中压UPS系统对机械支持系统重要元件的保护,并可以使传统的低压UPS系统作为计算机负荷的首选电源。
　　
　　在正常运行情况下,每个低压UPS系统以“N+1”的配置方式运行,中压UPS系统也以同样的方式运行,因为总的机械负荷低于系统总容量的50%。
　　
　　5 对运行效率的影响
　　
　　设计所有新的数据中心时都要考虑对整个基础设施的运行效率的改善。更高的功率密度要求对重要的负载提供UPS不间断供电保护。每个参与设计的人员都承认用传统的UPS系统为负载提供电源保护既不实际又浪费电能。2007年,一家于业内居领导地位的顾问工程公司发表了一份关于不同UPS技术的运行效率的详细技术报告。表2总结了其中的效率数据,他们根据冷却UPS系统的空调设备的能源损耗对数据作了调整,这些额外的能源损耗在设计数据中心的电源保护系统时往往被忽略。

　　
　　利用表2中的效率信息数据和混合UPS配置,其实例就是一个为10,000kW计算机负荷按照混合方案设计的UPS总体效率的计算。这个实例需要5套低压系统(4×750kVA/675kW)和一套最小容量为10,000kVA/8,000kW的中压系统。在此实例中,整个计算机系统负荷通常与传统的UPS系统连接,而且通常只有机械系统(CRAC单元、泵和冷却器)在中压UPS系统下运行。
　　
　　按照这个方法配置电源,应有5套“N+1”传统的UPS系统工作,占总体UPS容量的75%,从表中可知总体效率为89.4%。中压UPS供给所有的机械负荷,估计占整个计算机负荷的33%,或者3,333kW。对一个8,000kW的系统,相应的系统效率是(额定值的41.7%)97.8%。
　　
　　结合UPS保护的总负荷(10,000kW+3,333kW),加上必备的总输入电源(1,190kW+92kW)得到一个91.2%的混合UPS的总体效率,此系统的总体效率要比仅使用传统的UPS高出2%。
　　
　　更重要的是,仅用最小(92kW)的功率损耗,就为所有的机械系统增加了UPS保护。如果把计算机负荷的40%转换为中压UPS支持,其规模大到容量为12,500kVA/10,000kW的中压系统,那么UPS总体效率将提高到93.3%,比仅使用传统的UPS时效率提高4%,每年电费单上将节省4,457,000kWh的电量。
　　
　　6 结束语
　　
　　现在可以选择越来越多的方法,用于用户关键负载电源系统的设计。而为了满足提高电源效率的要求,需要在控制整个系统成本和同时保持最高程度的电源可靠性之间寻求平衡,利用混合UPS解决方案则可以同时满足这两方面要求。本文的目的就是介绍混合设计的理念,这样可以将UPS保护真正地扩展到全部设施负荷上来,同时提高总体运行效率。对此方案进行更为详细的分析可以得出:节省整个电气系统的安装成本(回路减少50%的载流量)、减少UPS设备的安装空间(缩小整个UPS的体积),并降低UPS系统的维护成本。对于任何具体应用,都应把这些项目作为设计方案的一部分加以分析考虑。

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