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摘要 随着国家对环保节能的大力提倡,以及能源供应成本越来越高,许多用户开始重视信息机房用UPS的绿色电力供应问题。文中对此进行分析和阐述。
据有关部门统计,通信行业每年消耗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,中国移动也要求能耗三年降低40%。
要实现以上节能目标,在各个环节的能耗控制上就显得非常必要。众所周知,通信行业的中小信息机房数量众多,UPS作为重要的不间断电源保障,在这些机房中是必不可少的设备。因此,针对UPS的节能环保措施就显得意义重大。
1 通信机房用绿色节能UPS应具备的特点
1.1 UPS的整机效率高
UPS转换效率的高低,直接决定用户要为UPS支付多少电费。但是,因为UPS转换效率与负载量相关,一般来讲,满载时UPS效率最高。而在实际应用中,大多数用户的负载量都小于50%,负载量低于30%的情况也非常多，因此低负载量时的效率高低,更能体现出节能的意义。UPS 24小时不间断工作，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。
1.2 UPS输入功率因数高,输入电流谐波小
输入功率因数越高，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对市电的污染越小，谐波损耗的能量越小。
这是因为对市电来说,UPS是一个整流性负载,会产生谐波污染及无功功率消耗。
(1)无功功率消耗太大,会增大UPS上端输配电设备投资,即线径、空开容量需增大,还会增大线路损耗等。因此电力部门一般会要求用电设备的功率因数不能低于0.92(例如广东地区),否则,用户会被罚款。
(2)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、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*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产生的谐波应该符合环保要求。一般当UPS的输入PF≥0.99,THDI≤5%时,对市电的污染基本上可以忽略。
1.3 UPS可扩容性强
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,对于UPS而言,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)用户可按需配置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,在先期投入时,选用的UPS容量较大,但电信业务是缓慢增长的,这就造成一定时期内,UPS负载量相对较低,导致低负载量时UPS效率低下,损耗增大。同时,一部分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的可扩容性是绿色UPS解决方案的一个重要因素。
1.4 UPS具有高可用性
高可用性反映了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,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,负载不间断运行越能得到保障。提高可用性可从三个方面考虑:
(1)提高系统自身的可靠性,即平均无故障时间越长越好。但平均无故障时间再长,也不能保证UPS设备不出故障。
(2)采取冗余的方法,即一个UPS设备损坏,可由另一UPS设备来替代。
(3)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:UPS系统本身可靠性要高;采用模块化设计，最大程度缩小维修时间。UPS供电系统自身要具有冗余功能，即某部分故障，有冗余替代，不影响系统正常工作。
1.5 UPS要绿色环保
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,会产生重金属污染,会污染环境,影响工作人员的身体健康。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,欧盟已经要求进口产品必须符合RoSH标准。
综上所述,绿色UPS供电系统应该是节能的、高可用的、环保的不间断动力解决方案。
2 切实可行的UPS解决方案
为了满足通信机房用户对绿色不间断动力解决方案的需求,就要有切实可行的UPS解决方案。
2.1 在低负载量时的转换效率依然很高
UPS采用IGBT整流技术和三级逆变器设计,极大地提高整机转换效率。某型号UPS 20kVA模块的效率曲线如图1所示。
从图中可以看到,当负载量不到2kW,即额定功率10%左右时,其转换效率就达到了90%;随着负载量增大到30%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,此型号UPS无论满载还是轻载,其效率都非常高,长期使用,可以为用户节省大量的电费。
2.2 UPS输入功率因数高,输入电流谐波小
该品牌UPS采用了IGBT整流设计,采用数字信号处理器(Duble-DSP)及空间矢量脉波宽度调制(SVPWM)等技术,使得输入THDI可以做到≤5%,PF≥0.99。很好地解决了UPS对市电谐波污染的问题。图2为输出电流谐波实测波形。
2.3 可扩容性好
该品牌UPS采用模块化设计理念，一台UPS可由一个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，即可方便地增加UPS的容量，而无需新增一台UPS。这样可大幅度节省用户投资和减少机房占地面积。更重要的是，能使UPS处于适当的负载状态，始终使UPS处于较高转换效率下工作，达到最大化的节能，如图3所示。
2.4 高可用性高
(1)由于该型号UPS采用了模块化设计,故当UPS损坏时,只需将损坏的UPS模块撤下来即可,极大地缩短了UPS查找故障的时间和维修时间。每个功率模块只有25kg,客户自己就可以更换。
(2)机中整流器和逆变器、监控模块都采用独立的DSP来控制,极大地简化了电路设计,减少零部件,提高了系统可靠性。
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利用上述的输入/输出通信接口和相应的电源管理软件或用户现有的网管集中监控系统，就可以组成智能化IDC和MDC机房的集中监控系统。在这样的网管系统中，可实现的主要调控功能有:
l)调阅在UPS的LED/LCD显示屏上所能观察到的UPS的实时运行参数(例如:输入/输出电压、电流、频率、有功功率/视在功率、功率因数及电池组的充放电电压/电流等参数)。
2)'互联网数据中心'所用的各种'机房环境调控设备'的'运行大事记'(自各种设备开机以来，按时序排列的，曾出现过的故障/报警/用户所执行过的操作等信息)。
3)万一发生故障时，执行网络广播报警(弹出报警窗口)，电话或手机的自动拨号、自动传呼或发E-mail等操作，以便通知值班人员及时到现场排除故障或维修。
4)对UPS的备用蓄电池组执行可编程的蓄电池容量'自测试'操作，如果发现蓄电池的实有容量(Ah)偏低时，还应自动发出'蓄电池需要更换'的预报警信号。
5)将'用户的自定义'报警信号(例如:温度/湿度、门禁、消防等报警信号)经UPS的输入通信接口被纳入机房或智能化楼宇的统一的集中监控系统。
6)由数据中心的网管人员根据不同的授权权限，分级'重新调整'/设置各种相应设备的运行参数或执行远程的故障分析/诊断操作。
1、采用紧装配技术，具有优良的高率放电性能。
2、采用特殊的设计，电池在使用过程中电液量几乎不会减少，使用寿命期间完全无需加水。
3、采用独特的耐腐蚀板栅合金、使用寿命长。
4、全部采用高纯原材料，电池自放电极小。
5、采用气体再化合技术，电池具有极高的密封反应效率，无酸雾析出，安全环保，无污染。
6、采用特殊的设计和高可靠的密封技术，确保电池密封，使用安全、可靠。
电池型号
额定电压（V）
容量(Ah)
外形尺寸(mm)
端子
配套螺丝
参考重量（kg）
长
宽
高
总高
FC12-1.3
12
1.3/20HR
97
43
52
58
铜片端子
/
0.5
FC12-2
12
2/20HR
178
35
61
67
铜片端子
/
0.82
FC12-3.3
12
3.3/20HR
134
67
61
67
铜片端子
/
1.38
FC12-4
12
4/20HR
90
70
101
107
铜片端子
/
1.41
FC12-4.5
12
4.5/20HR
90
70
101
107
铜片端子