免维护储能蓄电池销售中心：15711081850    于尹邦

一、信息机房用绿色节能UPS应具备哪些特点： 
        UPS的整机效率要高，特别是在低负载量时 
UPS是电力转换设备，转换效率高低，直接觉得了客户要为UPS设备支付多少电费。但是，因为UPS转换效率是和负载量相关的，一般来讲，满载时UPS效率**高。而实际应用中，大多数用户的负载量都小于50%，负载量低于30%的也非常多，因此低负载量时的效率高低，更能体现节能意义。UPS设备是24小时不间断工作的，若转换效率提升一个百分点，对UPS设备众多的通信客户来讲，其节省下的电费是相当可观的。

UPS输入功率因子高，输入电流谐波小 
        输入功率因子越高，表明UPS对市电的利用率越高，即无功功率消耗越低；输入电流谐波越小，则UPS对对市电的污染越小，谐波损耗的能量越小。 艾默生UPS
         这是因为，对市电来讲，UPS是一个整流性负载，会产生谐波污染，会产生无功功率消耗。这些都是供电单位不希望看到的。 
        1）无功功率消耗太大，会增大UPS上端输配投资，即线径、空开容量需增大；还会增大线路损耗等等。因此电力部门一般会要求用电设备的功率因子不能低于0.92（广东地区），否则，客户会被罚款。 
2）电电力谐波的主要危害有： 
A.引起串联谐振及并联谐振，放大谐波，造成危险的过电压或过电流； 
B.产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低； 
C.加速电气设备绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命； 
D.使设备（如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等）运转不正常或不能正确操作； 
E.干扰通讯系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正确传递，甚至损坏通信设备。 
因此，UPS产生的谐波应该越低越符合环保要求。一般，当UPS的PF≥0.99，THDI≤5%时，对市电的污染基本可以忽略了。

可扩容性，即能方便的扩大UPS的容量。 
        对通信机房来讲，信息设备是随着服务量的增加而逐步投入的。因此，对UPS来讲，其负载量会逐渐增加，这就要求，UPS在一定范围内可以根据负载量的增加而增容。对用户来讲: 
        A. 客户可按需配置UPS容量，使UPS处于较高效率的功率段，节省电能消耗，避免了不必要的UPS容量浪费。使用者选用UPS时，往往会考虑到容量增大的需要，先期投入时，选用的UPS容量较大，但电信业务是缓慢增长的，这就造成相当时期内,UPS负载量相对较低，导致的低负载量时UPS效率低下,损耗增大。同时，一部分宝贵的UPS容量资源也被白白浪费。 
        B.若UPS容量不够，按传统解决方案，则必须采购新的UPS，不但造成重复投资，而且浪费宝贵的机房空间。因此，UPS的可扩容性也绿色UPS解决方案的一个重要因子。

        高可用性反应了UPS的可靠性和可维护性方面的指标。绿色、节能不能以牺牲供电可靠性为代价，因此，我们把设备的可用性也列为通信用绿色、节能UPS特点之一。 
        可用性越高，负载不间断地运行越能够得到保障。提高可用性可从三个方面考虑，一是提高系统自身的可靠性，即平均无故障时间越长越好，可平均无故障时间再长，也不能保证UPS设备不出故障。因此，第二方面是采取冗余的方法，即一个UPS设备坏了，可由其另一UPS设备来顶替。第三，即故障的UPS设备要在**短的时间内维修好。即平均维修时间要短。具体应该具备： 
UPS系统本身可靠性要高； 
采用模块化设计，**程度缩小维修时间。 
        UPS系统自身要具有冗余功能，即某部分故障，可有相同功能的东西来代替，不影响系统正常工作。 
        生产、制造过程的绿色化，符合RoHS指令。通信行业的绿色、节能实现的企业自身的降耗，同时也应该以保护环境、以人类健康为己任。 
        铅是重金属，在电子设备的生产制造过程中，会产生造成重金属污染，它会污染环境，影响什么的身体健康。因此，为了避免电子设备生产制造过程中的重金属污染，生产过程应该导入无铅制程，即RoHS，像欧盟已经要求进口产品必须符合RoSH制程。 
        综上所述，绿色UPS解决方案应该是节能的、高可用的、环保的不间断动力解决方案。

二、为了满足通信信息机房用户对绿色不间断动力解决方案的需求，中达推出了DELTA C（超越）UPS解决方案。 
台达的绿色UPS解决方案的是如何满足前述要求的呢？ 
要求1.转换效率高，特别是在低负载量时的效率。 
        DELTA C UPS采用专利的IGBT整流技术和三级逆变器设计，极大的提高整机转换效率。如下图，DELTA C UPS20KVA模块的效率曲线：

        从图中可以看到，当负载量不到2kw时，即10%（2/18）左右时，其转换效率就达到了90%，随着负载量增大到30%（6/18）时，效率达到了94%以上，以后负载量进一步增大时，效率甚至达到了95%。因此，DELTA C UPS的转换效率，无论满载还是轻度负载，其效率都非常高，长期使用，可以为用户节省大量的电费。

要求2. UPS输入功率因子高，输入电流谐波小 
        DELTA C UPS采用了IGBT整流设计，采用数字讯号处理器(Duble-DSP)及空间向量脉波宽度调变(SVPWM:Space Vector Pulse Width Modulation)技术等专利技术，使得输入THDI可以做到≤5%，PF≥0.99。很好的解决了UPS对市电谐波污染的问题。下图为输出电流谐波实测波形：

黄色为UPS输入电流波形 
要求3. 可扩容性 
        DELTA C UPS采用模块化设计理念，一台UPS不间断电源可由一到多个功率模块组成，每个功率模块为20KVA，用户只需根据目前的负载情况和以后的负载增加情况，选择适当容量的UPS，等到负载增加后，用户只需增加功率模块，即可方便的增大UPS的容量，而无需新增一台UPS。可大幅节省用户投资和减少机房占地面积。更重要的是，还能使UPS处于适当的负载状态，始终使UPS处于较高转换效率，达到**化的节能。如下图：

要求4.高可用性 
        由于DELTA C UPS正是采用了模块化的设计，故当UPS损坏时，只需将损坏的ups模块更换掉即可修复UPS，极大的缩短了UPS的查找故障的时间和维修时间。每个功率模块只有25KG，甚至客户自行就可以更换。 
        DELTA C UPS的整流器和逆变器、监控模块都采用了独立DSP来控制，极大简化了电路设计，减少零部件,提高了系统可靠性。 
        DELTA C UPS的辅助电源电路和静态开关控制电路都采用冗余的设计，即辅助电源和静态开关都设计为2路,互为备份。可保证系统长期稳定可靠运行。 
DELTA  C UPS可以记录500笔事件数据，即使断电，也不会丢失。方便故障原因查找。 
维护旁路开关，具有电子式保护功能，当误操作是，UPS也不会因此而损坏。 
可管理性。超大屏幕，强大的监控功能，2个独立的SNMP插槽，RS232、干接点等。 
要求5.生产制造工程的绿色化。 
        DELTA UPS电源不止在国内销售，还出口欧、美等地，因此DELTA UPS产品早在2006年就开始进行RoHS制程改造，目前所有产品全部符合RoHS制程。

        三、总结：环保节能长久以来即为台达电子的经营使命，“节能、环保、爱地球”----台达企业口号，因此，台达持续致力于提升产品效率及开发替代能源

电力中心机房UPS应用

随着供电企业深入推进集约化、标准化、精益化、信息化的管理,计算机技术和网络技术在电力调度生产、电网自动化控制、电力**服务及电力信息资源处理等领域使用日趋广泛,电力企业对计算机及网络系统的依赖程度越来越高,与此同时,也对电力中心机房等信息设备较为集中的重要场所提供稳定电能的UPS供电系统(简称UPS)的可靠性提出了更高的要求。

1   双机冗余单总线供电系统

云和县电力局中心机房建于2007年,位于电力局行政大楼十层,为满足设备可靠性方面的要求,机房核心设备均具有双电源输入能力。目前,机房由两台容量为20kVA的UPS并联供电(在线式UPS)。理论上,整个机房动力系统能提供2×20kVA供电容量,在日常情况下,机房平均总负载为11.8kVA,UPS并机负载率在30%左右。信息中心机房UPS并联方式和配电接线如图1所示。

图1  云和县电力局信息中心机房UPS配线图

云和县电力局中心机房的整个动力系统是由独立变压器输入的市电1、市电2、ATS(自动切换开关)、TVSS(防雷击、抗浪涌抑制器)，两台UPS和输电配电柜共同组成的“双输入，单输出”供电系统，属于典型的双机冗余单总线输出供电系统。

正常情况下,两路市电输入中有一路作为主输入电源,旁路开关闭合,UPS1和UPS2输入开关闭合,市电经过两台UPS后输出波形良好的220V电源。在输出方面,单电源设备直接连接在输出总线上,而双电源负载设备则通过并联方式连接在两路总线的分线上。如果主路市电发生故障,ATS能在比较短的时间内(80～100ms)自动执行切换操作,同时UPS的输入电源会出现短暂的停电,但由于UPS设备能在短时间内(4ms)对设备恢复供电，对于机房负载来说并无任何影响。倘若某台UPS出现故障时，在UPS并机逻辑控制板的调控下，通过执行选择性脱机操作，还能将故障的这台UPS从并机系统的输出总线中脱离出来，由剩下的一台UPS不间断地向负载供电，提高了系统的供电可靠性。

根据“1+1”UPS冗余并机系统的工作原理,不难发现其优点:

(1)由两台UPS平均分担负载电流,减轻供电系统设备负担,提高系统稳定性;

(2)过载能力强,容量是单台UPS的两倍,能提供更大的设备负载和过电流能力;

(3)虽然UPS单机的MTBF(平均无故障时间)普遍已达到了几十万小时,但并机系统仍能大幅提升系统可靠性。

应用“1+1”UPS冗余单总线供电系统的确带来了不少的好处,但通过仔细的分析,还是可以看到该系统存在的一些问题:

(1)市电输入。以来自不同变压器的双路市电输入为例,双机冗余并联时一般是利用ATS将双市电互投为一路输出,两台UPS共用一条输入总线,从而在输入端形成了“单点瓶颈”故障隐患,如图2所示。例如,原来以市电1为主电源,市电2为备用电源,此时ATS通常就接通市电1到UPS组。当市电1停电时,ATS断开市电1而将市电2转为UPS组输入。正常情况下，只要有一路市电正常，ATS通过电源切换都能保证UPS组输入正常。但如果ATS发生故障，无法实现转接功能时，其后的UPS组失去输入电压，UPS在电池组放电终了后因低电压保护自动关闭运行，**终将导致机房负载全停。

图2  双机冗余并联ATS连接

(2)电源输出。由于双机冗余的单总线输出结构,无论是单电源输入的负载,还是双电源输入的负载都被连接在同一条UPS的输出总线上,并没有其它的冗余供电通道,从而在输出端形成了“单点瓶颈”故障隐患。特别是UPS设备运行当中,如果出现设备或其他故障,影响到并联输出端时,致使UPS并机系统出现闪断甚至停电情况,那么也将导致设备负载全停。

2   提高系统可靠性的措施

为了提高信息机房供电系统的运行可靠性,一般采用的方法有两种,即供电系统的冗余连接和负载设备的双电源或三电源冗余输入。这可从可用性表达式中看出

式中的A(Availability)表示的是可用性,其含义是在整个规定运行时间中,可靠供电时间的比例;MTBF是表示设备可靠性的平均无故障时间,其含义是平均多长时间不出故障;MTTR表示的是平均修复时间,其含义是电源所有故障维修时间之平均值。

从式(1)中可以看出,提高系统可用性有两个途径:提高电源的平均无故障时间和缩短平均修复时间。经过分析总结,可以通过以下几个方面提高UPS可靠性。

(1)元器件的选用;

(2)UPS的拓扑结构;

(3)UPS的制造工艺;

(4)冗余技术。

一般情况下,当机器的质量达到一定程度后,再增大平均无故障时间的代价较大,而且效果也不太显著(因为不能将平均无故障时间做到无穷大)。然而缩短平均修复时间的效果却比较明显,如果平均修复时间缩短为零(这种可能性是存在的,而且也不难实现),那么可用性就是100%。

3   优化方案

对于云和县电力局中心机房供电系统而言,UPS设备已存在,实际使用过程中,通过升级UPS元器件和提升设备制造工艺来提高系统的可靠性已不现实,如果能从UPS的冗余技术入手,适当调整系统配线结构,设计更佳的配电拓扑方案,使设备在发生故障时尽可能地缩短平均修复时间,甚至具有一定的“自愈”能力,那么整个UPS系统的可靠性将得到进一步提高。

3.1   双机双总线供电系统

通过上述分析，不管在市电输入端还是在UPS输出端，双机冗余单总线供电方案中的“单点瓶颈”主要原因还是由于只有一条总线，如果能合理地增加一条冗余通道，提高系统关键点的复用性，那么问题就可迎刃而解。