SORENSEN蓄电池  (中国）技术有限公司

UPS的分类与特点

UPs电源按其工作方式可分为后备式和在线式两大类，按其输出波形又可分为方波输出和正弦波输出两种。后备式UPS电源在市电正常供电时，市电通过交流旁路通道再经转换开关直接向负载提供电源，机内的逆变器处于停止工作状态。这种UPS电源在实质上相当于一台稳压性能极差的市电稳压器。它除了对市电电压的幅度波动有所改善外，对市电电压的频率不稳、波形畸变以及从电网串入的干扰等不良影响基本上没有任何改善。只有当市电供电中断或低于170V时，蓄电池才对uPs的逆变器供电，并向负载提供稳压、稳频的交流电源。后备式UPS电源的优点是运行效率高、噪音低、价格相对便宜，主要适用于市电波动不大、对供电质量要求不高的场合。在线式UPS电源在市电正常供电时，首先将市电交流电源变成直流电源，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电源重新变成交流电源，即它平时是由交流电经整流后又以逆变器方式向负载提供交流电源。一旦市电中断，立即改由蓄电池以逆变器方式对负载提供交流电源。因此，对在线式UPS电源而言，在正常情况下，无论有无市电，它总是由uPs电源的逆变器对负载供电，这样就避免了所有由市电电网电压波动及干扰带来的影响。显而易见，在线式UPS电源的供电质量明显优于后备式UPS电源，因为它可以实现对负载的稳频、稳压供电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，其转换时间为零。方波输出的UPS电源带负载能力差(负载量仅为额定负载的40—60％)，不能带电感性负载。如所带的负载过大，方波输出电压中包含的三次谐波成份将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。正弦波输出的UPS电源的输出电压波形畸变度与负载量之间的关系没有方波输出uPs电源那样明显，负载能力相对较强，并能带微电感性负载。不管那种类型的UPS电源，当它们处于逆变器供电状态时，除非迫不得已，一般不要满载或超载运行，否则会使UPS电源的故障率明显增多。

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随着互联网技术的普及，以开展数据托管业务为目标的Internet数据中心(简称IDC)、以数据联网集中为目标的企业自用数据中心及以数据安全为目标的数据备份中心得到了迅猛的发展，通信运营商、银行金融系统

　　随着互联网技术的普及，以开展数据托管业务为目标的Internet数据中心(简称IDC)、以数据联网集中为目标的企业自用数据中心及以数据安全为目标的数据备份中心得到了迅猛的发展，通信运营商、银行金融系统、政府及各大型企业等都在进行大型数据中心机房的建设。如何确保如此数据高度集中机房的安全运行是供电系统设计的首要命题，其次是这些数据心的设备用电负荷通常都在数千KW以上，每年的电费动辄高达数千万元，如何在安全供电的前提下降低机房的能耗，是机房供电系统设计需要解决的另一关键课题。
　　
　　众所周知，数据中心所有营运负载几乎都是通过UPS电源来供电的，确保UPS以安全的模式运行，提高UPS系统自身的工作效率，是数据中心机房供电系统安全与节能设计的核心。因此，积极引入先进的设计理念和业界成熟的电源设计技术，对数据中心UPS供电系统进行系统化的安全与节能设计，在提高数据中心机房UPS供电系统可靠性的同时，大幅度降低机房的运行成本和提高节能减排水平，是当前数据中心供电系统设计的当务之急。
　　
　　二UPS供电系统的“系统级”休眠技术设计
　　
　　现代T4级数据中心机房UPS系统通常采用多套2(N＋1)或2N双母线结构配置来来保证供电的可靠性，如图1所示。
　　
　　图1UPS双总线供电系统
　　
　　就绝大多数的数据中心机房UPS而言，不管实际营运的负载有多大，这一系统中的全部UPS均投入运行。而通常数据中心的负载是分步增长的，尤其是IDC机房，初期机房很空、负载很轻,这时所有的UPS都开动起来本身就是一个很大的能源浪费；另外就UPS的效率曲线而言，其效率与负载率成正比变化关系，负载率越低效率也越低。假设每套并机初期的负载总量仅为一台的容量（实际往往会更低，某通信运营商的国际数据中心，运行一年多了，负载仅为一台的1/4），那么四台并机工作时每台UPS的负载率为25%，以500KVA的12脉冲UPS为例，在这一负载率下的效率仅为85%以下，这意味着约有2*15%*500KVA*0.9＝135KW的电被白白浪费掉了。更为致命的是，对于多台并机系统而言，如此低的负载率很容易引起并机系统振荡，导致UPS故障和系统宕机事故。
　　
　　因此，为了提高可靠性和减少大量能源在低负载下的白白浪费，数据中心机房UPS系统采用绿色休眠节能技术是非常必要的。这一技术能在负载较低的情况下，自动根据当前总负载的大小，决定投入运行UPS的台数，在保证应有的N+1冗余供电情况下，退出多余的UPS并使其进入休眠状态，以达到安全运行与节能的目的。针对前述的负载，具有绿色休眠技术构成的每套UPS并机系统将仅有两台UPS投入工作保证系统的1+1，其余UPS处于休眠状态基本不消耗电能，这样每台工作UPS的负载率将达到约50%，对于12脉冲UPS其相应的效率也提高到90％左右(IGBT整流UPS此时的效率将高达95%)，减少了能源的损耗；随着机房负载的增加或减少，机房管理者可以根据负载量变化的多级“容滞回线”预先设定UPS的投入与退出点，自动地“唤醒或休眠”UPS，如图2所示。“容滞回线”的设定，可以有效防止在负载升级转换点，某台UPS频繁地投入或退出，保证系统运行的稳定性；对于负载波动幅度较大的区域,△P值应取得稍大，通常这一值可取10~15%的单机额定容量。
　　
　　图2休眠技术的容滞回线
　　
　　绿色休眠技术的采用，不仅实现了节能增效的目的，也提高了整个数据中心机房UPS供电系统的运行可靠性。从运行的可靠性来看，休眠技术通过使多余的UPS休眠退出，减少了并机的实时并机台数，即从设计的3+1变为了实际运行的1+1或2+1，使并机系统的连续运行稳定性得以成倍提高；休眠技术提高了带载率，减少了并机系统振荡的风险；此外，SORENSEN蓄电池  (中国）技术有限公司处于休眠状态的UPS与正常运行的UPS相比，其自身可靠性也得到明显的提高。