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绿绝UPS供电系统的三大要素
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WUHANZHONGDIANTONG

时间 : 2020-01-29 11:54 浏览量 : 2


       在巨大的市场需求驱动下,数据中心的建设正以从所未有的速度蓬勃发展,而电网非线性负载的增加和提高电能利用率,则是目前所有数据中心运营必须面临的挑战。作为数据中心的基础能源设施, UPS供电系统的正确选择,对构建一个绿色数据中心起着至关重要的作用。


       1 )输入功率因数


       输入功率因数是电力系统的一个重要的技术数据,是衡量电气设备利用率高低的一一个指标。UPS输入功率因数是畸变因子和相移因子的乘积。因此,输入功率因数的改善往往与输入谐波畸变的治理同时进行。


       UPS对于负载来说是电源设备,但从电网侧来看,UPS则是电网的一个负载,其输入功率因数的高低会对UPS电源侧的变压器、备用发电机、保护开关、输入电缆的选型产生直接影响。输入功率因数的提高,降低了供电线路中的电流,减小了供电系统中电气设备,如变压器、保护装置、导线等的容量,因此不但降低了系统的无功损耗,而且减少了设备的投资费用,节约了电力资源。


       一台UPS的输入功率因数取决于其所采用的整流技术,不同的整流技术体现出不同的输入功率因数,而且其特性也不尽相同。目前UPS的整流技术大体上可以分为两种: -种是IGBT高频整流,另一种是晶闸管I频整流。IGBT整流通过高频调制可以准确跟踪输入电压、电流的波形和相位,因而具有非常好的输入特性。通常输入功率因数为0.99 ,输入电流谐波畸变( THDi ) <3% ,而且输入特性在各种工况下变化很小。晶闸管整流属于1 I频整流,如6脉冲整流和12脉冲整流,其输入特性随着工况的不同会有较大的改变。主要的影响表现在两个方面:


       ①负载率越高输入功率因数越高。


       ②蓄电池充电对输入功率因数的影响。


       采用晶闸管整流时,其输入功率因数的相移因128彩票子cos中与整流后的直流电压与输入交流电压的比值成正比。当直流母线电压较高时, UPS输入功率因数也比较高;当直流母线电压较低时, UPS输入功率因数就比较低。在蓄电池充电时,因放电后蓄电池组端电压很低,UPS必须调低其直流母线的电压,以便将蓄电池充电电流控制在允许的范围之内,其结果是致使UPS输入功率因数下降非常多。


       而在蓄电池充电时, UPS输入功率是负载功率和蓄128彩票电池充电功率的总和,是UPS输入功率最大的时候,这将直接影响UPS电源侧配电设备的选型。


       综上所述,考核一台UPS输入功率因数的优劣,应该关注以下两个方面:


       ①常用负载率下的功率因数。如60% ~ 80%负128彩票载率时的功率因数,比100%负载率时的功率因数更具有参考价值。


       ②如果UPS采用可控硅整流,蓄电池充电时的128彩票功率因数是电源侧配电及保护设备的重要选型参数。


       2 )输入电流谐波畸变


       谐波产生的根本原因是非线性负荷从电网吸收非正弦电流,结果使其波形产生畸变。谐波是电力系统的噪声污染,除造成系统干扰外,也对系统的节能降耗造成很大影响。如:谐波电流不仅被线缆阻抗吸收造成电能损失,而且高频率的谐波加重线缆的集肤效应,进而使铜损增加;严重时会使温度升高,造成导线绝缘损坏。在有谐波的电网中,高次谐波电流直接反馈给发电机,在发电机的绕组中引起感应电流,使之发热产生损耗,导致输出功率降低。同时谐波电流造成设备自身和电网的附加无功电能,影响设备运行及寿命。


       目前采用的UPS输入谐波抑制技术有:无源滤波,有源滤波, 12脉冲整流, IGBT整流技术等。每种滤波技术的特点如下。


       ①无源滤波。是采用电感和电容组成谐振滤波128彩票器吸收某些特定的谐波电流,常用的有5、 7次谐振滤波器, 5、7、11、 13次谐振滤波器等。其优点是简单、控制方式较易实现、成本低、技术成熟。


       缺点是只能抑制固定频率的谐波,其滤波特性受系128彩票统阻抗和负载率影响;易与系统发生并联谐振导致谐波放大而使LC滤波器因过载而烧毁。


       ②有源滤波。有源滤波是应用电流反馈技术使输入端电流波形跟踪交流输入电压波形,由补偿装置产生一个与谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流,从而抑制电网中的谐波电流含量。它的主要优点是:可动态跟踪负载并滤除系统中的谐波;不会给系统带来谐振;可补偿各次谐波,滤波范围大。其缺点是自身会消耗3% ~ 5%的系统能量。


       ③12脉冲整流。是采用移相变压器组成6脉冲128彩票倍数的整流器,减少谐波电流总量。其优点是:无需滤波电容,对备用发电机的调节无影响。最新技术的12脉冲整流技术可以将谐波电流抑制至4.5%。缺点是:输入功率因数比有源滤波技术稍低,只能达到0.93%左右。


       ④12脉冲+ 11次滤波。12脉冲+11次滤波是目前较为流行的一种配置方法,可以将功率因数提高至0.95%左右。但同时也增加了滤波电容这一故障易发点。


       ⑤IGBT整流。IGBT数字化整流将整流与功率128彩票因数校正功能相结合,利用IGBT的优良特性,通过DSP控制技术,达到输入电压、电流完全同相位正弦化,从而达到消除谐波的目的。其优点是:体积、质量小;输入功率因数接近1 ;总谐波含量小于3% , 整机效率高。缺点是:器件要求较高;控制技术复杂。


       谐波治理中应该关注的两个问题是: 


       ①系统谐波治理与系统效率的平衡问题。滤波128彩票装置的加入不可避免地带来效率的损失,如一台UPS增加了无源滤波器后, 效率下降0.5%~ 1% ,增加有源滤波器后效率下降3%~ 5%。因此,有必要考虑增加滤波器后,谐波抑制带来的益处是否可以补偿UPS效率下降的后果,对低谐波畸变的过度片面追求可能最终造成能源的浪费。


       ②THD指标的正确使用。通常UPS生产厂给出128彩票的THD指标是在满载时得到的, UPS的输入电流谐波畸变会随负载率的减少而增加。对于一个电源系统来说, UPS谐波电流是否满足系统的要求,取决于其最大谐波电流的绝对值,而不是相对值。在关注不同负载率下的THD的百分比的同时,也应该关注不同负载率下谐波电流的绝对值。如UPS系统要求满载时THD <5%是合理的;但如果同时要求在30%负载时, THD也小于5% ,则是不科学、不合理的。


       3)效率


       UPS是常年不间断运行设备,因此, UPS的整机效率是直接节能的因素。效率每提高一个百分点,每年运行下来的节能效果就非常客观。以一台400kV.AUPS运行一年为例:


       若UPS系统效率为0.94 ,每年耗电量: 400kV128彩票Ax0.9(负载功率因数)x24(小时)x365(天无输出变压器)的效率减去变压器的能耗后,再与工频机(有输出变压器)的效率比较。


       增加系统的冗余度可提高系统可靠性,而冗余128彩票度的加大使系统的负载率下降,从而导致UPS系统效率的下降。目前大型数据中心采用的TIER4标准设计的双总线3+ 1或4 + 1UPS供电系统,其系统效率下降严重,是今后亟待解决的问题。


       最为行之有效的解决方案是采用UPS休眠128彩票功能,类似的功能已经在通信电源中成功应用多年。具有休眠功能的UPS供电系统,可以根据负载的大小,自动调节系统中UPS运行的数量,在保证可靠性的前提下,让多余的UPS进入休眠状态,从而提高系统的负载率,达到提升系统运行效率的目的。


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