达电通公司           龙艺
　　
　　摘要介绍了目前UPS节能的意义,以及目前常见UPS绿色节能技术的应用。主要包括UPS、电池等方面的节能技术,还有UPS供电方案规划、谐波治理方案、共用电池组方案、智能电池管理、智能配电等。
　　
　　1概述
　　
　　随着经济的飞速发展以及企业对互联网认识的不断加深,数据中心建设和改造,近几年如火如荼。但随之而来的就是日益庞大的电费开销,如图1所示,数据中心在建设中的投资比例,其中电气、电源、制冷等系统设施占了一半以上的投资,仅电气方面投资就高达26%,高额的电能消耗使得整个数据中心运行成本居高不下,数据中心面临“建得起却用不起”的尴尬境地。

　　
　　降低数据中心的运营成本和节能降耗成了各企业CIO关注的问题,节约能源可以从以下几方面入手。首先是机房环境的节能,包括制冷环境、供电环境;其次是从IT硬件设备节能,减少IT设备的能耗;最后是IT设备内部各集成电路的节能,比如CPU的节能等。UPS处于交流供电环节的最重要一环，几乎机房所有的IT设备必须由UPS供电，大型数据中心的UPS装机总容量均已达到百万伏安级，提高运行时的能效势在必行。目前UPS的节能必须从方案、UPS、电池、配电等方面全方位进行。
　　
　　2 需扩容的柔性规划
　　
　　一般数据中心的建设都不是一步到位,会考虑今后未来几年的需求,但是UPS一般都是一步到位,一次就安装了几套大功率的UPS并机，结果初期负载只有规划容量的10%～20%，没等承载所规划的负载就进入了设备淘汰期，不仅造成投资的浪费，而且也无法使UPS运行在较高的效率点，造成电能的浪费。如何避免这种情况的发生，从UPS供电系统角度考虑,应该包括:
　　
　　2.1供电方案设计
　　
　　目前UPS供电方案主要有分散供电、集中供电两种。分散供电的特点是一台UPS为一台或多台负载设备供电。分散供电的好处是分散风险,不会因为一台UPS供电异常造成大面积停电;缺点是UPS分散布置,不便管理,而且布线不易规划。另一种是采用集中供电方案,由一套大功率的UPS供电系统直接对机房的所有负载供电。集中供电的好处是便于规划、管理方便、维护方便;缺点是如果UPS系统异常,容易引起大面积停电事故,此缺点可以通过采用各种并联构架来避免。因此,以上两种方案各有优缺点,目前的数据中心一般都采用集中供电方案,也集中了供电的风险。由于UPS并机数量有限制,而且当UPS系统并机数量超过4台时,其可靠性并不比单机供电系统高多少。当机房UPS装机总容量超过一定限度时,建议将机房按几期规划分成几个区域进行供电。规划时可以参考:单机容量不宜超过400kVA,并机数量不宜超过3台。
　　
　　2.2UPS在线并机扩容功能
　　
　　机房UPS容量的规划,可以根据不同时期的负载容量要求,采用逐步扩容的方案,使投资方案更经济,同时也能使UPS工作于较佳的效率点。目前中、大功率段的UPS均已经具备冗余并机功能,不仅提高了系统的可靠性,同时也为机房扩容提供了条件。只要规划时在UPS前后配电箱预留足量的空气开关,并在机房规划相应空间,即可实现UPS并机扩容功能。关键是并机的过程处理,多种品牌UPS并机时需要对UPS的设置进行修正,此时要求UPS必须工作在维修旁路状态,UPS由市电直接带载,如果此时市电波动较大甚至停电,将造成系统的大面积瘫痪。所以并机扩容必须具备在线并机功能,即UPS并机扩容时,只需将新增UPS软件修改至与原UPS系统一致后,在不关闭原有UPS系统的情况下,直接将新增UPS并入原有系统即可,扩容前后,UPS均工作于在线模式下,避免切换至旁路供电的高风险操作。
　　
　　2.3采用模块化UPS,实现逐步扩容
　　
　　目前,模块化UPS已经开始在国内应用,模块化UPS特点主要包括:可扩容、平均故障修复时间(MTTR)短、可经济实现“N+X”冗余并机。以台达C系列UPS为例,每个模块为20kVA,整个系统最大可扩容至160kVA,可以根据机房的实际容量需求,逐步扩容,只要在机房初期规划好配电容量即可。同时,实现“N+X”冗余也比较划算,以60kVA的容量要实现“N+1”冗余为例,传统方案必须扩容一台60kVAUPS,而采用模块化UPS,则只需扩容一个20kVA的模块即可,节省大笔资金的投入。
　　
　　3 高UPS自身能效,优化负载效率曲线
　　
　　目前UPS均为在线式双变换构架,在其工作时整流器、逆变器均存在功率损耗。以一个容量为400kVA的UPS为例,每度电按0.95元计算,UPS效率每提高1%,一年节省的电费为400×0.8×0.01×24×365×0.95=26630.4元。可见提高UPS的工作效率,可以为数据中心节省一大笔电费,可见提高UPS效率是降低整个机房能耗的最直接方法。因此采购UPS,尽量采购效率更高的UPS。当然UPS效率高不仅仅是满载时效率高,同时也必须具备一个较高的效率曲线,特别是在“1+1”并机系统时,根据系统规划,每台UPS容量不得大于50%,如果此次效率仅为90%以下,就算满载效率达到95%以上,也是没有意义的,所以要求UPS必须采取措施优化效率曲线,使UPS效率在较低负载时也能达到较高的效率。以台达C系列20kVAUPS为例,其满载功率为20kVA/18kW,如图2所示,其负载在2kW以下时已经高于90%,从6kW到16kW就已经能够满足95%的高效率。

　　
　　除了提高UPS自身的效率之外,UPS上面的一些功能也可加以利用。比如像ECO经济运行模式,其原理是在较好的市电环境时,激活此功能,使UPS由静态旁路直接供电,此时逆变器处于待机状态,正常工作,但不输出能量,一旦市电异常,UPS立即切换到逆变器供电状态,切换时间一般在1ms以内,具体可参考图3,由于此时的逆变器处于待机状态,所以自身损耗很小,此时UPS的整机效率可以达到97%以上,比正常模式减少3%以上的损耗。

　　
　　使用ECO模式必须具备以下条件:
　　
　　(1)静态旁路必须采用两组高可靠晶闸管,不得采用接触器加晶闸管的组合,因为接触器吸合时,接触点会打火,一般工作数百次之后就不能正常工作了。而晶闸管则不存在此问题,同时可以缩短切换时间。
　　
　　(2)建议使用在较好的电力环境下,比如一级供电单位等。
　　
　　（未完待续）

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