通信機房綠色UPS解決方案

1 引言

隨著國家對節(jié)能、環(huán)保的大力提倡，以及能源供應(yīng)成本越來越高，越來越多的用戶開始重視信息機房用UPS的綠色電力供應(yīng)問題。

據(jù)統(tǒng)計：通信業(yè)每年消耗200億度以上的電能;各種能耗費用超過100億元人民幣;耗電總量在各行業(yè)中排名第14，隨著業(yè)務(wù)的不斷增長，以上數(shù)據(jù)還在逐年增加。面對激烈的競爭，能耗成本對通信企業(yè)的壓力也越來越大。因此，中國電信2008年提出萬元業(yè)務(wù)收入能耗同比下降3%以上的節(jié)能減排宏觀控制目標(biāo)，中國移動也提出能耗三年降低40%。

要實現(xiàn)以上節(jié)能目標(biāo)，在各個環(huán)節(jié)的能耗控制就顯得非常有必要。眾所周知，通信行業(yè)的中小信息機房數(shù)量眾多，UPS作為一個特殊且重要的不間斷電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，在這些機房中是一個必不可少的設(shè)備。針對這些UPS設(shè)備的節(jié)能、環(huán)保措施就顯得意義重大。

以下就通信企業(yè)中小信息機房用UPS應(yīng)具備哪些特點才能真正做到綠色、節(jié)能進行一些討論。

2 信息機房用綠色節(jié)能UPS應(yīng)具備哪些特點

2.1 UPS的整機效率要高(特別是在低負(fù)載量的時)

UPS是電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，轉(zhuǎn)換效率高低直接決定了客戶要為UPS設(shè)備支付多少電費。但是，因為UPS轉(zhuǎn)換效率是和負(fù)載量相關(guān)的，一般來講，滿載時UPS效率最高。而實際應(yīng)用中，大多數(shù)用戶的負(fù)載量都小于50%，負(fù)載量低于30%的也非常多。因此，低負(fù)載量時的效率高低，更能體現(xiàn)節(jié)能意義。UPS設(shè)備是24小時不間斷工作的，若轉(zhuǎn)換效率提升一個百分點，對UPS設(shè)備眾多的通信客戶來講，其節(jié)省下的電費是相當(dāng)可觀的。

2.2 UPS輸入功率因子高，輸入電流諧波小

輸入功率因子越高，表明UPS對市電的利用率越高，即無功功率消耗越低;輸入電流諧波越小，則UPS對對市電的污染越小，諧波損耗的能量越小。這是因為對市電來講，UPS是一個整流性負(fù)載，會產(chǎn)生諧波污染及無功功率消耗。這些都是供電單位不希望看到的。

(1)無功功率消耗太大，會增大UPS上端輸配投資，即線徑、空開容量增大;還會增大線路損耗等等。因此，電力部門一般會要求用電設(shè)備的功率因子不能低于0.92(廣東地區(qū))，否則，客戶會被罰款。

(2)電電力諧波的主要危害有：

①引起串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振，放大諧波，造成危險的過電壓或過電流;

②產(chǎn)生諧波損耗，使發(fā)電、變電和用電設(shè)備效率降低;

③加速電氣設(shè)備絕緣老化，使其容易擊穿，從而縮短使用壽命;

④使設(shè)備(如電機、繼電保護、自動裝置、測量儀表、電力電子器件、計算機系統(tǒng)、精密儀器等)運轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷_操作;

⑤干擾通訊系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正確傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。

因此，UPS產(chǎn)生的諧波應(yīng)該越低越符合環(huán)保要求。一般，當(dāng)UPS的PF≥0.99，THDI≤5%時，對市電的污染基本可以忽略了。

2.3 可擴容性，即能方便的擴大UPS的容量

對通信機房來講，信息設(shè)備是隨著服務(wù)量的增加而逐步投入的。因此，對UPS來講，其負(fù)載量會逐漸增加，這就要求，UPS在一定范圍內(nèi)可以根據(jù)負(fù)載量的增加而增容。對用戶來講:

(1)客戶可按需配置UPS容量，使UPS處于較高效率的功率段，節(jié)省電能消耗，避免了不必要的UPS容量浪費。使用者選用UPS時，往往會考慮到容量增大的需要，先期投入時，選用的UPS容量較大，但電信業(yè)務(wù)是緩慢增長的，這就造成相當(dāng)時期內(nèi),UPS負(fù)載量相對較低，導(dǎo)致的低負(fù)載量時UPS效率低下,損耗增大。同時，一部分寶貴的UPS容量資源也被白白浪費。

(2)若UPS容量不夠，按傳統(tǒng)解決方案，則必須采購新的UPS，不但造成重復(fù)投資，而且浪費寶貴的機房空間。

因此，UPS的可擴容性也是綠色UPS解決方案的一個重要因子。

2.4 高可用性

高可用性反應(yīng)了UPS的可靠性和可維護性方面的性能。我們講，綠色、節(jié)能不能以犧牲供電可靠性為代價。因此，把設(shè)備的可用性也列為通信用綠色、節(jié)能UPS特點之一。

可用性越高，負(fù)載不間斷地運行越能夠得到保障。提高可用性可從三個方面考慮，一是提高系統(tǒng)自身的可靠性，即平均無故障時間越長越好?？善骄鶡o故障時間再長，也不能保證UPS設(shè)備不出故障。因此，第二方面是采取冗余的方法，即一個UPS設(shè)備壞了，可由其另一UPS設(shè)備來頂替。第三，故障的UPS設(shè)備要在最短的時間內(nèi)維修好，即平均維修時間要短。

具體應(yīng)該具備：

①UPS系統(tǒng)本身可靠性要高;

②采用模塊化設(shè)計，最大程度縮小維修時間;

③UPS系統(tǒng)自身要具有冗余功能，即某部分故障，可用相同功能的部分來代替，不影響系統(tǒng)正常工作。

2.5 生產(chǎn)、制造過程的綠色化，符合RoHS指令

通信行業(yè)的綠色、節(jié)能實現(xiàn)的是企業(yè)自身的降耗，同時也應(yīng)該以保護環(huán)境、以人類健康為己任。鉛是重金屬，在電子設(shè)備的生產(chǎn)制造過程中，會造成重金屬污染，會污染環(huán)境，影響人們的身體健康。因此，為了避免電子設(shè)備生產(chǎn)制造過程中的重金屬污染，生產(chǎn)過程應(yīng)該導(dǎo)入無鉛制程，即RoHS，像歐盟已經(jīng)要求進口產(chǎn)品必須符合RoSH制程。

綜上所述，綠色UPS解決方案應(yīng)該是節(jié)能的、高可用的、環(huán)保的不間斷動力解決方案。

3 為滿足通信信息機房用戶對綠色不間斷動力解決方案的需求，中達推出DELTA C(超越) UPS解決方案

3.1 臺達的綠色UPS解決方案的是如何滿足前述要求的

3.1.1 轉(zhuǎn)換效率高，特別是在低負(fù)載量時的效率

DELTA C UPS采用專利的IGBT整流技術(shù)和三級逆變器設(shè)計，極大的提高整機轉(zhuǎn)換效率。如下圖，DELTA C UPS20KVA模塊的效率曲線見圖1。

圖1 效率曲線

從圖中可以看到，當(dāng)負(fù)載量不到2kW時，即10%(2/18)左右時，其轉(zhuǎn)換效率就達到了90%，隨著負(fù)載量增大到30%(6/18)時，效率達到了94%以上，以后負(fù)載量進一步增大時，效率甚至達到了95%。因此，DELTA C UPS的轉(zhuǎn)換效率，無論滿載還是輕度負(fù)載，其效率都非常高，長期使用，可以為用戶節(jié)省大量的電費。

3.1.2 UPS輸入功率因子高，輸入電流諧波小

DELTA C UPS采用了IGBT整流設(shè)計，采用數(shù)字訊號處理器(Duble-DSP)及空間向量脈波寬度調(diào)變(SVPWM:Space Vector Pulse Width Modulation)技術(shù)等專利技術(shù)，使得輸入THDI可以做到≤5%，PF≥0.99。很好的解決了UPS對市電諧波污染以及高市電利用率的問題。下圖為輸出電流諧波實測波形：

(黃色為UPS輸入電流波形)

圖2 輸出電流諧波

3.1.3 可擴容性

DELTA C UPS采用模塊化設(shè)計理念，一臺UPS可由一到多個功率模塊組成，每個功率模塊為20kVA，用戶只需根據(jù)目前的負(fù)載情況和以后的負(fù)載增加情況，選擇適當(dāng)容量的UPS，等到負(fù)載增加后，用戶只需增加功率模塊，即可方便的增大UPS的容量，無需新增一臺UPS。可大幅節(jié)省用戶投資和減少機房占地面積。更重要的是，還能使UPS處于適當(dāng)?shù)呢?fù)載狀態(tài)，始終使UPS處于較高轉(zhuǎn)換效率，達到最大化的節(jié)能。如下圖所示。

圖3 方便的擴容

3.1.4高可用性

(1)由于DELTA C UPS正是采用了模塊化的設(shè)計，故當(dāng)UPS損壞時，只需將損壞的UPS模塊更換掉即可修復(fù)UPS，極大的縮短了UPS的查找故障的時間和維修時間。每個功率模塊只有25kG，甚至客戶自行就可以更換。

(2)DELTA C UPS的整流器和逆變器、監(jiān)控模塊都采用了獨立DSP來控制，極大的簡化了電路設(shè)計，減少零部件,提高了系統(tǒng)可靠性。

(3)DELTA C UPS的輔助電源電路和靜態(tài)開關(guān)控制電路都采用冗余的設(shè)計，即輔助電源和靜態(tài)開關(guān)都設(shè)計為2路,互為備份。可保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行。

(4)DELTA C UPS可以記錄500筆事件數(shù)據(jù)，即使斷電也不會丟失。方便故障原因查找。

(5)維護旁路開關(guān)。具有電子式保護功能，當(dāng)誤操作時，UPS也不會因此而損壞。

(6)可管理性。超大屏幕，強大的監(jiān)控功能，2個獨立的SNMP插槽，RS232、干接點等。

以上措施都很好的解決了高可用性的三方面的問題：系統(tǒng)自身的可靠性高、系統(tǒng)自身具有冗余性、系統(tǒng)故障時維修時間短。

3.1.5 生產(chǎn)制造工程的綠色化

DELTA UPS不止在國內(nèi)銷售，還出口歐、美等地，因此DELTA UPS產(chǎn)品早在2006年就開始進行RoHS制程改造，目前所有產(chǎn)品全部符合RoHS制程。

3.2 臺達綠色UPS解決方案符合行業(yè)的發(fā)展需求，在通信行業(yè)得到了大量的應(yīng)用

以下簡單舉兩個例加以說明。

3.2.1廣州電信某機房使用臺達C系列60kVA UPS,組成集單機、冗余、綠色為一體的供電解決方案。(如下圖)

圖4 廣州電信某機房供電解決方案

3.2.2東莞移動某機房采用2臺臺達C系列40kVA UPS組成并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)。(如下圖)

圖5 東莞移動某機房并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)

4 總結(jié)

環(huán)保節(jié)能長久以來即為臺達電子的經(jīng)營使命，“節(jié)能、環(huán)保、愛地球”是臺達電子的企業(yè)口號。因此，臺達C系列綠色UPS解決方案，就是在這樣的企業(yè)環(huán)境下誕生的，其設(shè)計之初，就一直將綠色、環(huán)保、節(jié)能等指針放在首要位置考慮。因此，DELTA C UPS是完全符合綠色、環(huán)保需求的，為通信行業(yè)客戶提供了真正的綠色UPS解決方案。相信，隨著綠色動力解決方案的不斷普及，它會為客戶帶來更多的價值提升。同時也會為通信企業(yè)的環(huán)保節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)貢獻力量。