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模块化山特UPS电源应该注意什么
作者:admin 发布时间:2017-4-19 16:43:30 阅读次数: 次

             模块化山特UPS电源应该注意什么!

山特UPS电源带给您不一样的供电系统,更好的保护您的设备!

 

     模块化山特UPS电源行业已经进入一个非常成熟却复杂的阶段,大大小小的厂商层出不穷。模块化UPS电源作为未来行业发展的趋势也已经成为大家的共识,那么模块化UPS电源如何选择的问题就应运而生,现在就给大家说说模块化UPS电源如何选择注意事项。

前面我们说过怎么选购UPS电源,那么选择模块化UPS从专业制作商角度来讲,选择模块化UPS电源应该从以下六大方面综合考虑:

一、从模块化UPS电源的体积、模块重量、走线方式、并柜方式等外部结构特点来选择

体积:随着大数据与云计算的发展,出于大规模数据运算与降低能耗的考虑,数据中心将越来越呈现集中化的趋势。因此也要求UPS具备更小的体积、更高的功率密度、更灵活的安装方式。占地面积小、单柜功率密度高的UPS将为用户节省更多的机房租金。目前一般的模块化UPS都可以做到功率柜单柜支持200kVA以上容量(0.5~0.7m2,不包括配电开关柜)

  系统容量:系统容量与模块大小以及模块可并联数量有关,理论上来说,使用CAN总线方案,一条CAN总线上最多可以连接49个节点。(注:关于这个理论,可参考华为白皮书之《模块化UPS并联数量的讨论》)但是考虑到模块并联越多,逻辑越复杂,因此建议一个UPS系统模块数量建议不超过20个。

  单模块容量/重量:目前各厂家的功率模块容量从10kVA50kVA均有产品提供,某些厂家的同一UPS系统中还可以使用不同的功率模块。较小的模块容量意味着同等容量的系统中将会使用到更多的功率模块,系统可靠性将会随之降低(控制逻辑复杂、信号干扰增大,可能会因为单模块故障导致整个系统故障);而较大的模块容量在系统容量较低时,可能会冗余不足或造成容量浪费(60kVA系统容量,如果使用50kVA模块,必须使用两个,考虑冗余至少需要三个)。当然,如果系统整体容量较大的话,也可以选用容量较大的功率模块。模块容量建议一般为20~40kVA比较合适。

  从使用的角度而言,功率模块重量不宜太大,一般建议小于40Kg,此时可保证两人就能进行安装与维护。否则在安装位于机柜上部的功率模块时,必须使用机械进行辅助操作,这将会增加安装的复杂度并带来工程成本的上升。

  安装方式:UPS的输入输出走线一般有下走线和上走线两种方式(分别对应防静电地板和顶部吊装走线架两种场景)。用户的实际使用环境多变,为降低工堪难度,应要求模块化UPS同时支持两种走线方式。

  同时对于一些空间面积有限的机房,或模块化数据中心,UPS可能会靠墙或靠其他机柜安装,因此模块化UPS还应具备完全前安装、前维护的设计(部分厂家可能宣称前维护,但无法做到所有线缆的前安装,用户可根据实际需要提出这方面要求)

  并柜方式:模块化山特UPS系统一般包括功率柜和配电柜(有时还有旁路柜)。有的厂家会将功率柜和配电柜作为一个整体进行销售,二者不能拆开独立配置(可能使用铜排连接,或配电柜包括了监控模块、旁路模块)。另外的厂家则可以提供一体化的功率柜,即一台功率柜整合了监控、旁路和部分配电的功能,可作为一台独立的UPS进行销售。用户可根据实际需要进行选择,通常情况下,在机房已有配电柜时采购可独立销售的UPS功率柜可降低成本。

  要注意的是,有些厂家宣称的大容量模块化UPS其实并非是一套UPS系统,而是两套UPS的并机系统。这种系统与塔式机的并机方式相同,具备两套独立的监控与旁路系统,因为不具备系统冗余,可能在某些场景下存在风险(如逆变过载、旁路切换时两套UPS不同步)

  举例:某厂家模块化 UPS 240kVA系统,实为两套120kVA 系统(每套内功率模块为:20kVA/*6 )通过并机线并机组成240kVA 的系统,从系统的结构上看,保留了单机系统的全部硬件结构和软件结构,两套120kVA 系统分别保留各自的监控系统、旁路控制系统和软件控制的结构。相互之间仅仅是通过并机线进行并机而成。这种方式,无论是结构还是软件控制功能上,均不适合作为240kVA 系统存在。因此该系统仅适合作为单机架120kVA 系统使用。

系统并机能力:模块化UPS与塔式UPS一样,可并机台数也是需要考量的因素之一。在用户未来有扩容需求,而单系统模块化UPS容量又不足时,应要求厂家提供具备并机能力的UPS。并且为了提高并机系统的可靠性,应同时要求并机UPS之间采用环形并机线缆连接,这样可以避免单点故障对系统的影响,故障不会扩大化。UPS是否具备并机能力,也可作为对厂家设计能力的考量因素之一。模块化UPS的并机系统可参考塔式UPS并机系统进行配置。

二、 通过电气性能选择:效率、谐波、均流度、功率因数、模块休眠功能等

  效率:如上一章节所述,选择UPS时不仅要考虑最高效率,还要同时考虑系统在低负载率时的效率。模块化UPS如果具备自动休眠功能,可提高低负载率时的系统效率。但低负载率时的效率仍可作为对厂家技术能力的考量因素之一。目前主流UPS厂家均可提供95%以上系统效率的中大容量UPS。系统效率指标越高越好。

  有些UPS还会具备节能模式,即UPS在电网质量较好时工作在旁路模式,此时系统效率可高达99%。但此模式依赖于当地电网质量,而且必须做到在电网质量不符合要求时能够快速自动切换回市电模式。如厂家宣称提供该功能,应同时要求提供切换时间参数,一般应小于5ms,可保证负载不中断。在电网质量不好的地区、或UPS为单路输入负载供电时,不建议启用该模式。

  谐波:因为采用了IGBT整流和PFC功率因数校正技术,高频UPS的输入电流谐波(THDi)要远小于传统的工频UPS。一般厂家的模块化UPS都可以做到输入电流谐波≤ 3%。而传统的工频UPS则要大于10%

  模块均流度:模块化UPS内部因为有多个功率模块并联输出,因此要保证各模块都能输出大小一致的功率,厂家提供的产品应满足YD/T 21652010《通信用模块化不间断电源》中5.3 规定的模块输出不均衡度≤5%的要求。

输入/输出功率因数:采用了PFC技术的高频UPS,一般输入功率因数较高,可以做到0.99以上。输入功率因数越高,代表电网输入到UPS的电能中有用的部分所占比例越高,UPS对电网的污染也越小。输出功率因数代表了UPS可以输出的实际功率(kW=kVA*输出功率因数)UPS的输出功率因数也是负载的输入功率因数,目前IT负载的输入功率因数一般可做到0.9以上,所以对模块化UPS应该要求输出功率因数大于0.9才能更好的匹配目前的IT负载需求。输出功率因数越高,说明UPS的输出适应负载的范围越宽,自身带载能力越强。

  模块休眠功能/节能模式:如上一章节所述,功率模块休眠功能是模块化UPS的特殊功能之一,该功能可以提升系统的整体效率,降低UPS自身损耗,因此模块化UPS应具备模块智能休眠功能,系统可根据负载的实际大小自行决定开启还是关闭功率模块。

  工作模块数目由实际负载大小决定 不同模块按一定时间顺序轮换工作

另外在一些电网较好的地区,用户更希望UPS能提供节能模式(通过旁路供电,在市电情况不好时可以迅速切换到逆变模式)。因此模块化UPS也应同时具备节能模式供用户选择。

三、通过系统设计选择:模块控制方式、旁路控制方式等

功率模块控制方式:模块化 UPS 系统中各功率模块之间需按照一定的控制方式来实现统一协调工作。目前功率模块的控制方式主要分为两种控制逻辑模式:集中控制逻辑模式和分散控制逻辑模式。控制方式的不同分别代表不同的技术流派,目前并无统一的观点,此处仅做简单介绍。

 (1) 集中控制逻辑模式

  集中控制逻辑需要一个独立的集中检测控制模块单元(控制模块),检测市电的频率和相位,然后向每个UPS 模块发出同步脉冲,无市电时可由晶振产生同步脉冲,通过各个UPS 模块的锁相环控制来保证各单元输出电压同步。控制模块还要检测负载的总电流,然后除以并联UPS 模块数作为各个UPS 模块均流的参考值,与各模块电流比较后求出偏差值并调整各模块输出电流,达到均流的效果。

优点:集中控制逻辑模式采用独立的集中控制单元,控制逻辑层级清晰,各功率模块之间不存在竞争关系,软件逻辑可靠性较高。

缺点:如果该控制单元出现故障时,存在单点故障扩大化的可能。( 注:控制单元有冗余备份可避免单点故障)

 (2) 分散控制逻辑模式

分散控制逻辑模式是将并联控制单元做到每个模块上,通过一定的方式(一般根据各模块的排序进行选择)来选择一个UPS功率模块做主控模块,其他模块作为从控模块。当UPS 系统中的一个功率模块出现故障时其余模块仍可以工作,当主控模块出现问题时可通过切换来使得另外一个功率作为主控模块,使系统继续正常运行。

优点:分散控制逻辑模式不需要独立的控制模块,故不存在这方面的单点故障点。

缺点:因为主控模块既要处理本身的信号,又要协调各模块之间的信号,所以控制逻辑比较复杂,软件逻辑可靠性不高。主控模块故障后,会在剩余模块中自动产生一个模块作为主控模块,该过程中也容易发生竞争失败导致系统故障。

功率模块控制方式各厂家差异很大,并无明显的优劣差别。但为提高可靠性,各功率模块之间的通讯总线应采用环形结构或有冗余备份模式,以防止单总线故障引起模块之间无法进行通讯,造成系统故障。

旁路模块控制方式:目前大容量模块化 UPS 系统的旁路控制技术主要有两种模式:1、系统集中旁路控制模式(UPS系统只有一套旁路系统);2、系统分散旁路控制模式(UPS系统内每个功率模块都有一套旁路系统)。从旁路控制所采取的器件,也可分为纯半导体器件和综合器件(半导体器件加机械装置)两种。集中旁路控制系统具有过载能力强,可靠性高的优点,分散旁路控制系统则具有可扩容性高,成本低的优点,但可能存在一定可靠性风险。

 

  山特UPS电源对于分散旁路模式,表面上看因分散布置,类似于冗余设计,一处旁路故障,其它旁路仍可工作。实际上此种分散与冗余有本质不同。因旁路器件分散,每处器件容量只是总系统旁路容量的1/N。且有器件一致性引起的均流等问题,导致静态旁路耐受瞬间电流冲击能力降低,系统可靠性降低。而模块化UPS的易扩容特性,使得一般情况下系统的冗余容量大大减小,系统实际负载率理论上将使用到70%额定容量以上。采用分散旁路控制模式时,系统的总旁路容量是各模块分旁路容量的总和。这会使得模块化UPS的系统旁路容量实际上更加接近系统额定容量。一旦发生逆变器过载(可能发生在设备开机时)UPS将切换到旁路输出模式,如果旁路容量不足以承担负载,将会造成输出掉电甚至UPS器件的损坏。而在某一功率模块故障时,系统也会同时损失该模块提供的分旁路容量,系统将存在更大的旁路过载风险!另外的风险还有,在向旁路模式切换时,各功率模块必须保持时间上的严格一致,否则也同样会因为部分功率模块未及时切换造成系统故障!

因为分散旁路控制的种种缺点,建议用户应选用系统集中旁路控制模式(系统总旁路容量是固定的,不会因为功率模块损坏而变化),并在初期规划时就考虑好系统所需要的总旁路容量。

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