目前，在線式APC UPS使用得較為普遍。無(wú)論市電正常與否，在線式APC UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)。逆變器具有穩(wěn)壓和調(diào)壓作用，因此在線式APC UPS能對(duì)電網(wǎng)供電起到"凈化"作用，同時(shí)具有過(guò)載保護(hù)功能和較強(qiáng)的抗干擾能力，供電質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但其價(jià)格較貴。
所謂在線式是指不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過(guò)逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)，APC在線式UPS一般為雙變換結(jié)構(gòu)。所謂雙變換是指UPS正常工作時(shí)，電能經(jīng)過(guò)了AC/DC、DC/AC兩次變換后再供給負(fù)載。
當(dāng)然為了提高系統(tǒng)的可靠性，在線式雙變換APCUPS一般增加了自動(dòng)旁路電路。小功率采用繼電器轉(zhuǎn)換便能滿足要求，而大功率一般為采用晶閘管(SCR)方式的靜態(tài)開(kāi)關(guān)，在過(guò)載或雙變換電路部分故障時(shí)負(fù)載由旁路供電，這是非正常工作狀態(tài)，這種情況出現(xiàn)的概率比電網(wǎng)不正常概率要小得多。功率較大的APC UPS在此基礎(chǔ)上還增加了手動(dòng)旁路(維 修開(kāi)關(guān))，用于維修時(shí)保證負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。 目前，在線式UPS使用得較為普遍。無(wú)論市電正常與否，在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)。逆變器具有穩(wěn)壓和調(diào)壓作用，因此在線式APC UPS能對(duì)電網(wǎng)供電起到"凈化"作用，同時(shí)具有過(guò)載保護(hù)功能和較強(qiáng)的抗干擾能力，供電質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但其價(jià)格較貴。在線式APC UPS從根本上完全消除了來(lái)自市電的任何電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載工作的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電。在線式APC UPS輸出的正弦波的波形失真系數(shù)小。目前，一般市售產(chǎn)品的波形失真系數(shù)均在3%以內(nèi)。
當(dāng)市電供電中斷時(shí)，APC UPS的輸出不需要一個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此其負(fù)載電能的供應(yīng)是平滑穩(wěn)定的。在線式APC UPS能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的真正的不間斷供電，因此從市電供電到市電中斷的過(guò)程中，APC UPS對(duì)負(fù)載供電的轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。
APC UPS三相大功率UPS的五大新技術(shù)
三相大功率APC UPS電源主要運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心與關(guān)鍵電源兩種場(chǎng)景,目前在IDC、Colo、金融、電信、醫(yī)療、半導(dǎo)體、石油石化、機(jī)場(chǎng)、軌道交通、電力等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)近三十年的市場(chǎng)推廣與實(shí)際使用,用戶對(duì)工頻機(jī)、高頻機(jī)、固定功率一體機(jī)、模塊化UPS等概念已經(jīng)有了深刻的理解。
近十年來(lái),在大型及超大型數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體等行業(yè)需求的推動(dòng)下,三相大功率UPS電源出現(xiàn)了很多新的理念與創(chuàng)新。本文對(duì)其中重要的五大新技術(shù)做簡(jiǎn)單介紹。
三種運(yùn)行模式
一、逆變器優(yōu)先運(yùn)行模式(雙變換)
工頻機(jī)高頻機(jī)從電氣變換技術(shù)角度來(lái)看,都是采用的雙變換在線式技術(shù),即能量經(jīng)過(guò)整流器逆變器兩次能量變換后,由逆變器提供電壓精度為1%、諧波含量小于5%的正弦波交流電給負(fù)載供電。這種運(yùn)行模式也可以稱為:逆變器優(yōu)先運(yùn)行模式(雙變換)。
逆變器優(yōu)先模式的優(yōu)勢(shì)是輸出電壓精度高達(dá)1%。劣勢(shì)是由于能量的兩次全轉(zhuǎn)換,在正常15%～60%負(fù)荷下,UPS整機(jī)效率較低僅88%～95%。同時(shí)電流每秒鐘都流經(jīng)整流器逆變器的功率器件,元器件疲勞老化嚴(yán)重,壽命降低,導(dǎo)致UPS可用性降低。而可用性才是用戶對(duì)UPS的 重要需求。
逆變器優(yōu)先模式(雙變換)本身就是一種低可用性的運(yùn)行模式。這是這么多年以來(lái)才痛苦認(rèn)識(shí)到的一個(gè)事實(shí)。有沒(méi)有新的思路?小功率的后備式UPS和在線互動(dòng)式UPS正常情況下是旁路市電輸出供電,不是也保護(hù)了IT負(fù)荷嗎?
仔細(xì)研究我們會(huì)發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn):
1、IT負(fù)荷其實(shí)對(duì)交流電的要求不高,允許電壓-20%/+10%,頻率40～70Hz,允許中斷時(shí)間10～20ms。逆變器優(yōu)先模式最為驕傲的1%輸出精度其實(shí)沒(méi)有意義。
2、今天市電電網(wǎng)的可用性得到了很大提高,城市10kV電網(wǎng)可用性達(dá)到99.94%。這兩個(gè)因素促使我們認(rèn)識(shí)到三相中大功率APC UPS其實(shí)也可以和小功率APC UPS一樣選擇旁路優(yōu)先運(yùn)行模式。事實(shí)上早在2010年,各廠家三相APC UPS就允許用戶選擇工作在旁路優(yōu)先模式,即ECO模式(經(jīng)濟(jì)模式)。
二、旁路優(yōu)先運(yùn)行模式(ECO模式)
在正常情況下,APC UPS優(yōu)先運(yùn)行在靜態(tài)旁路,由市電直接給負(fù)載供電。當(dāng)旁路電壓超出設(shè)定窗口范圍時(shí),會(huì)切換到逆變器輸出模式。該模式的優(yōu)勢(shì)是效率高達(dá)99%。劣勢(shì)是由于市電直供,會(huì)產(chǎn)生雙向*,輸入功率因數(shù)輸入諧波電流指標(biāo)較差。更重要的是,當(dāng)旁路故障需要切換回逆變器模式時(shí),會(huì)出現(xiàn)4～20ms的切換時(shí)間,某些情況下會(huì)造成負(fù)載運(yùn)行中斷,極大地降低了UPS的可用性。
在這種情況下,能否找到一種運(yùn)行模式,既有高可用性,還能提高運(yùn)行效率,同時(shí)性能指標(biāo)參數(shù)也能滿足負(fù)載要求,就成為各廠家研發(fā)的重要目標(biāo)。
三、 旁路優(yōu)先運(yùn)行模式(E變換模式)
正常情況下,逆變器與旁路市電并聯(lián)工作,相當(dāng)于有源濾波器,逆變器提供諧波電流和無(wú)功功率,旁路市電回路提供基波電流和有功功率。輸出電壓由旁路決定。這種模式的優(yōu)勢(shì)是整流器和逆變器的功率器件流過(guò)的電流較小,元器件疲勞老化輕微,壽命延長(zhǎng),APC UPS可用性提高。由于逆變器一直在并聯(lián)運(yùn)行,當(dāng)旁路市電超出窗口范圍時(shí),系統(tǒng)會(huì)0ms切換回逆變器工作,不存在切換失敗切換時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。該種模式效率高達(dá)98.8%,僅次于ECO模式。另外,由于可控制旁路回路只提供基波電流和有功功率,因此輸入功率因數(shù)0.99,輸入諧波電流<5%。
目前主流一線品牌廠家在三相大功率UPS系列上均與E變換技術(shù)類似的運(yùn)行模式,供用戶選擇使用。
多電平逆變器技術(shù)
工頻機(jī)采用變壓器交流升壓技術(shù)。工頻機(jī)一般配置32只12V電池,浮充狀態(tài)下直流母線電壓432V,較低,只能逆變出160V交流電,只好在逆變器后端采用升壓工頻變壓器,輸出220/380V交流電。逆變器功率器件的承壓為432V,較低,選用800V耐壓值的IGBT即可滿足要求。
高頻機(jī)采用DC/DC直流升壓技術(shù)。高頻機(jī)一般配置40～64只電池,為取消變壓器,保證逆變器可以直接逆變出220V/380V交流電,高頻機(jī)在整流器后增加了一個(gè)IGBT的DC/DC升壓環(huán)節(jié),使得兩電平逆變器前端的直流母線電壓達(dá)到800V,這樣逆變器功率器件的承壓為800V,需要選用1500V耐壓值的IGBT才能滿足要求。
通過(guò)研究場(chǎng)效應(yīng)管和IGBT等功率器件的失效率曲線,發(fā)現(xiàn)1500V耐壓值的功率器件其失效率數(shù)倍于800V耐壓值的功率器件。這樣,研發(fā)人員意到降低功率器件的承壓從而選擇低耐壓值的功率器件理論上可以提高逆變器的可用性。用戶體驗(yàn)實(shí)踐也證明工頻機(jī)逆變器比兩電平高頻機(jī)的逆變器可用性高。為改善高頻機(jī)的可用性,業(yè)內(nèi)研發(fā)了三電平四電平逆變器。
新型物理架構(gòu)的大功率并機(jī)系統(tǒng)
大型及超大型數(shù)據(jù)中心及半導(dǎo)體行業(yè)的用戶,經(jīng)常會(huì)搭建功率為1500kW及以上的APC UPS系統(tǒng),這就需要采用多臺(tái)APC UPS并聯(lián)的系統(tǒng)架構(gòu)。并機(jī)電氣架構(gòu)大家都知道有兩種,多臺(tái)UPS直接并機(jī),和公用靜態(tài)旁路的多臺(tái)APC UPS并機(jī)。
APCups電源技術(shù)特點(diǎn)介紹 APC UPS電源智慧機(jī)房的解決方案
綠色節(jié)能
APC UPS電源數(shù)據(jù)機(jī)房規(guī)模的劇增帶來(lái)了運(yùn)營(yíng)成本的大幅提高，其中電力成本是主要的因數(shù)之一，如何提升電源利用效率（降低PUE）成為各大數(shù)據(jù)機(jī)房的一大難題。目前這領(lǐng)域 在內(nèi)的數(shù)據(jù)中心企業(yè)，都在積極引入各種綠色節(jié)能技術(shù)以降低PUE。水冷、自然冷卻、冷熱封閉通道、高溫運(yùn)行等方式都運(yùn)用于數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)，新能源技術(shù)也在逐步引入數(shù)據(jù)機(jī)房中。
快速部署、擴(kuò)容
在數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)上，模塊化的概念已經(jīng)逐步的被大眾接受，并必然成為應(yīng)用趨勢(shì)。模塊化數(shù)據(jù)機(jī)房實(shí)現(xiàn)了在工廠預(yù)制，大大縮短了工期時(shí)間。同時(shí)模塊化UPS相比于傳統(tǒng)的UPS實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)容。按市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，目前數(shù)據(jù)中心的平均壽命在3~5年，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)更短。云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給數(shù)據(jù)機(jī)房的部署就緒時(shí)間提出了高要求。整機(jī)柜、微模塊及集裝箱式部署可將數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)周期大幅縮短。
安全智能
隨著單數(shù)據(jù)機(jī)房規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)模式所需的運(yùn)維力量大幅增加，成本也不斷增加。對(duì)此，數(shù)據(jù)機(jī)房制造商很早就引入軟件方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房的自動(dòng)化運(yùn)維，提升運(yùn)維效率，提高客戶體驗(yàn)，這也將成為未來(lái)的一大趨勢(shì)。安全性不僅是指防火墻、IPS/IDS、入侵檢測(cè)、防病毒等 防范措施 。因此，數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)在初始階段就應(yīng)該構(gòu)建 恢復(fù)方案，或建立異地的 備份 。這是當(dāng)前以及未來(lái)數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)需要重視的一大熱點(diǎn)問(wèn)題。
APCups電源技術(shù)特點(diǎn)介紹 蓄電池在APC UPS供電系統(tǒng)中的作用和意義 
