通信机房绿色UPS解决方案

2012-07-02 23:27:46来源: 21ic
   

1 引言

随着国家对节能、环保的大力提倡,以及能源供应成本越来越高,越来越多的用户开始重视信息机房用UPS的绿色电力供应问题。

据统计:通信业每年消耗200亿度以上的电能;各种能耗费用超过100亿元人民币;耗电总量在各行业中排名第14,随着业务的不断增长,以上数据还在逐年增加。面对激烈的竞争,能耗成本对通信企业的压力也越来越大。因此,中国电信2008年提出万元业务收入能耗同比下降3%以上的节能减排宏观控制目标,中国移动也提出能耗三年降低40%。

要实现以上节能目标,在各个环节的能耗控制就显得非常有必要。众所周知,通信行业的中小信息机房数量众多,UPS作为一个特殊且重要的不间断电力转换设备,在这些机房中是一个必不可少的设备。针对这些UPS设备的节能、环保措施就显得意义重大。

以下就通信企业中小信息机房用UPS应具备哪些特点才能真正做到绿色、节能进行一些讨论。

2 信息机房用绿色节能UPS应具备哪些特点

2.1 UPS的整机效率要高(特别是在低负载量的时)

UPS是电力转换设备,转换效率高低直接决定了客户要为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效率最高。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。

2.2 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。这是因为对市电来讲,UPS是一个整流性负载,会产生谐波污染及无功功率消耗。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:

①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;

②产生谐波损耗,使发电、变电和用电设备效率降低;

③加速电气设备绝缘老化,使其容易击穿,从而缩短使用寿命;

④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;

⑤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。

2.3 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:

(1)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。

(2)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的可扩容性也是绿色UPS解决方案的一个重要因子。

2.4 高可用性

高可用性反应了UPS的可靠性和可维护性方面的性能。我们讲,绿色、节能不能以牺牲供电可靠性为代价。因此,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,故障的UPS设备要在最短的时间内维修好,即平均维修时间要短。

具体应该具备:

①UPS系统本身可靠性要高;

②采用模块化设计,最大程度缩小维修时间;

③UPS系统自身要具有冗余功能,即某部分故障,可用相同功能的部分来代替,不影响系统正常工作。

2.5 生产、制造过程的绿色化,符合RoHS指令

通信行业的绿色、节能实现的是企业自身的降耗,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,会造成重金属污染,会污染环境,影响人们的身体健康。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。

3 为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DELTA C(超越) UPS解决方案

3.1 台达的绿色UPS解决方案的是如何满足前述要求的

3.1.1 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模块的效率曲线见图1。

 

通信机房绿色UPS解决方案效率曲线

 

图1 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。

3.1.2 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对市电谐波污染以及高市电利用率的问题。下图为输出电流谐波实测波形:

 

通信机房绿色UPS解决方案 输出电流谐波

 

(黄色为UPS输入电流波形)

图2 输出电流谐波

3.1.3 可扩容性

DELTA C UPS采用模块化设计理念,一台UPS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,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,达到最大化的节能。如下图所示。

 

通信机房绿色UPS解决方案

 

图3 方便的扩容

3.1.4高可用性

(1)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。

(2)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,极大的简化了电路设计,减少零部件,提高了系统可靠性。

(3)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。

(4)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。

(5)维护旁路开关。具有电子式保护功能,当误操作时,UPS也不会因此而损坏。

(6)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。

以上措施都很好的解决了高可用性的三方面的问题:系统自身的可靠性高、系统自身具有冗余性、系统故障时维修时间短。

3.1.5 生产制造工程的绿色化

DELTA UPS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。

3.2 台达绿色UPS解决方案符合行业的发展需求,在通信行业得到了大量的应用

以下简单举两个例加以说明。

3.2.1广州电信某机房使用台达C系列60kVA UPS,组成集单机、冗余、绿色为一体的供电解决方案。(如下图)

 

通信机房绿色UPS解决方案

 

图4 广州电信某机房供电解决方案

3.2.2东莞移动某机房采用2台台达C系列40kVA UPS组成并联冗余供电系统。(如下图)

 

通信机房绿色UPS解决方案

 

图5 东莞移动某机房并联冗余供电系统

4 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”是台达电子的企业口号。因此,台达C系列绿色UPS解决方案,就是在这样的企业环境下诞生的,其设计之初,就一直将绿色、环保、节能等指针放在首要位置考虑。因此,DELTA C UPS是完全符合绿色、环保需求的,为通信行业客户提供了真正的绿色UPS解决方案。相信,随着绿色动力解决方案的不断普及,它会为客户带来更多的价值提升。同时也

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关键字:通信机房  绿色UPS

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0702/article_3025.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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