APC UPS不間斷電源 SURT5000XLICH 5KVA機(jī)架式現(xiàn)貨

云計算、大數(shù)據(jù)等顛覆性技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，各行各業(yè)正馬不停蹄地邁向數(shù)字化時代。面對數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，企業(yè)需要能夠迅速高效地響應(yīng)業(yè)務(wù)變化需求。在整個IT架構(gòu)的變革過程中，數(shù)據(jù)中心的創(chuàng)新與變革一直備受關(guān)注。作為數(shù)據(jù)中心的動力源泉，UPS（三相不間斷電源）配電系統(tǒng)不僅存在很大的發(fā)展空間，也一直存有迫切的創(chuàng)新需求。用戶對UPS供配電系統(tǒng)的需求主要集中在三個方面：高可用性）、全生命周期的總成本、UPS供配電系統(tǒng)對運(yùn)輸安裝就位及場地的適應(yīng)性以及使用操作維護(hù)過程中的靈活性。我們認(rèn)為，基于用戶這三方面的要求，未來UPS將呈現(xiàn)四大技術(shù)趨勢。
  
  1.革命性的 旁路優(yōu)先運(yùn)行模式
  
  研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的逆變器優(yōu)先運(yùn)行模式（雙變換模式）和普通旁路優(yōu)先運(yùn)行模式，即ECO模式（經(jīng)濟(jì)模式）在可用性方面都存在較大的弱點。雙變換模式輸出交流電壓精度為1%，能量經(jīng)過整流器和逆變器進(jìn)行了兩次的轉(zhuǎn)換，UPS整機(jī)效率只有90-95%。但由于IT設(shè)備對交流電的精度要求不高，該模式下1%輸出精度這一優(yōu)勢并沒有發(fā)揮其意義。反過來看，該模式下元器件的疲勞老化嚴(yán)重，壽命降低，導(dǎo)致UPS產(chǎn)品可用性降低。而ECO模式下，UPS優(yōu)先運(yùn)行在靜態(tài)旁路，由市電直接給負(fù)載供電，帶來的好處是將效率提高到了99%。但是市電電網(wǎng)故障千變?nèi)f化，該模式并不能 保證從旁路模式切換到逆變器模式，當(dāng)切換時間超過IT設(shè)備能夠承受的范圍時，就會造成IT設(shè)備重啟，降低UPS可用性。
  
               圖1.革命性的超級旁路優(yōu)先運(yùn)行模式
  
  2012年，施耐德電氣研發(fā)出具有革命性的 旁路優(yōu)先運(yùn)行模式（E變換模式），并獲得該項的技術(shù) ，2014年開始 應(yīng)用到GalaxyV系列產(chǎn)品中。該模式下，逆變器與旁路市電并聯(lián)工作，逆變器精確控制的結(jié)果是 實現(xiàn)由旁路市電提供有功功率（基波電流），逆變器提供無功功率（諧波電流），兩者合起來就是IT負(fù)載所需要的電流。因此市電的輸入功率因數(shù)可達(dá)>0.99，輸入的諧波電流<3%。該模式下UPS提供一級供電質(zhì)量，保證IT設(shè)備的正常運(yùn)行。同時，逆變器還可以給電池提供10%的充電能力。當(dāng)市電電網(wǎng)有問題的時候，會自動關(guān)斷旁路市電供電，由于不存在切換時間，或者說切換時間=0ms，從而保證了可用性。另外，特殊的可控硅關(guān)斷控制技術(shù)，也確保電池的能量在任何情況下都不會倒灌回電網(wǎng)。
  
   旁路優(yōu)先運(yùn)行模式的優(yōu)點在于，電容電感功率器件等沒有承受所有的負(fù)載電流，長期處于輕載運(yùn)行，因此元器件的疲勞老化輕微，壽命延長，系統(tǒng)可用性提高，能夠滿足用戶高可用性、高效率、高輸入性能指標(biāo)的要求。
  
  2.多電平逆變器技術(shù)
  
  傳統(tǒng)的工頻機(jī)和高頻機(jī)都采用的是兩電平逆變器的技術(shù)。以常見的高頻機(jī)來說，高頻機(jī)兩電平逆變器架構(gòu)中，其功率器件IGBT的承壓就是直流母線電壓800V，只能挑選耐壓值為1200伏甚至1500伏的IGBT功率器件。而耐壓值越高的功率器件，其失效率越高。因此為了提高逆變器的可能性，必須降低功率器件的承壓。
  
  三電平逆變器通過增加功率器件串聯(lián)來分擔(dān)高頻機(jī)的800V直流母線電壓，使得每一只器件的承壓降低到400V，這樣就可以選擇600或者800伏耐壓的功率器件，從而提高可用性。四電平逆變器能夠使功率器件的承壓降低到直流母線電壓的1/3即266伏。因此可以采用500V或者600V耐壓的功率器件，使得逆變器的可用性得到進(jìn)一步的提高。從效率的角度來講，三種技術(shù)的效率分別為94.5%，96%，96.5%。
  
                    圖2.新型混合三電平逆變器
  
  多電平逆變器的缺點在于其增加了功率器件的數(shù)量，這使得制造成本提高，理論上故障率也會相應(yīng)提高。而采用混合型架構(gòu)的三電平逆變器技術(shù)增加了一個零電壓開關(guān)的控制環(huán)節(jié)，使得IGBT的開關(guān)損耗減少了50%，同時功率器件的數(shù)量也得到了降低。
  
  新型混合三電平逆變器的效率達(dá)到了97.5%，只用了24個功率器件。因此新型的混合三電平逆變器技術(shù)不但提高了效率，還降低了元器件的數(shù)量，降低了成本，同時，理論上來看，由于元器件的數(shù)量的降低，可用性也得到了提高。
  
  3.從后備到儲能——電池角色的轉(zhuǎn)變
  
  我們都知道，電池是UPS供配電系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)，但是電池在絕大多數(shù)情況下都處于后備的被動工作的狀態(tài)。中國10KV電網(wǎng)的年度平均斷電次數(shù)為1.22 ，平均每年數(shù)據(jù)中心的電池大概會有2次的使用機(jī)會，配置自啟動發(fā)電機(jī)的情況下電池每次只工作一分鐘，使用率非常低。但是電池日常維護(hù)工作量非常巨大。另外，對于大功率UPS系統(tǒng)來說，在10-15年的生命周期中，電池要更換2-3次，這導(dǎo)致電池的成本超過UPS主機(jī)的成本。
  
  如果將電池定位成主動工作的儲能角色，電池的價值就會得到大的發(fā)揮。
  
  電池的儲能定位帶來的一大好處就是降低成本。按照中國大多數(shù)城市的峰谷電價計費模式，如果把電池定位成一個分布式的儲能系統(tǒng)，控制電池根據(jù)峰谷計費的時段進(jìn)行主動充電和主動放電，利用電價差進(jìn)行套利，傳統(tǒng)的12V100AH的蓄電池儲能大約為1度電，理論上每天可獲利0.75-1.5元。
  
                        圖3.抗峰功能
  
  對于大型的數(shù)據(jù)中心（特別是大型云計算數(shù)據(jù)中心、托管數(shù)據(jù)中心等），提高變壓器的負(fù)載率支持更多的機(jī)柜是該數(shù)據(jù)中心商業(yè)模式更加成功的關(guān)鍵。由于IT負(fù)載不是一條曲線，而是一條變化的曲線，會有峰值，因此在增加負(fù)載率的同時，應(yīng)避免出現(xiàn)變壓器過載情況。這時可以考慮用電池儲存的能量為超出變壓器能力的這一部份峰值負(fù)荷供電。這就要求UPS具有“扛峰”功能：電網(wǎng)吸收的能量+電池組儲存的能量，一起給逆變器供電支撐IT負(fù)載?？阜骞δ芸梢哉嬲靥岣咦儔浩鞯呢?fù)載率，同時又不用擔(dān)心過載。對于大型數(shù)據(jù)中心來講，是非常重要且實用的一個功能。
  
  主動工作的分布式儲能的定位，要求電池能滿足500-1000次循環(huán)次數(shù)/年，傳統(tǒng)的鉛酸電池只有500次循環(huán)壽命，不能滿足要求。而鋰電池的循環(huán)壽命可以達(dá)到10000-15000次，因此鋰電池得以快速進(jìn)入數(shù)據(jù)中心。如果按照每年1000次的放電循環(huán)的話，鋰電池可以使用10-15年，與UPS主機(jī)的使用壽命相匹配，不再需要每3-5年更換一次電池。
  
  新的儲能模式要求UPS主機(jī)的設(shè)計和功能必須進(jìn)行改變。例如，UPS應(yīng)該具有主動控制的峰谷電價充放電的工作模式；讓電網(wǎng)和電池的能量同時加起來給逆變器供電的這種扛峰的功能。另外，為了能夠?qū)︿囯姵乜焖倩貨_，UPS還必須具有大功率的充電功能。傳統(tǒng)的三相大功率UPS的充電能力是10%-20%，而新型的能夠兼容鋰電池的三相UPS的充電功率可以達(dá)到35%-80%。
  
  需要高度注意的是，今天的用戶即使不采用鋰電池，也應(yīng)該采購具有兼容鋰電池的UPS主機(jī)（35-80%充電能力、峰谷電價套利功能、扛峰功能），否則用戶在接下來的10年時間中都會被套在競爭力注定越來越弱的鉛酸蓄電池上面。
  
  4.模塊化、類模塊化技術(shù)-——單相和三相功率模塊
  
  如圖示傳統(tǒng)的多臺并機(jī)的大功率UPS系統(tǒng)，UPS主機(jī)的外圍需要大量的配電柜、內(nèi)置每臺UPS的輸入輸出旁路等的斷路器，并通過多條交直流電纜將配電柜、電池開關(guān)柜和UPS主機(jī)進(jìn)行連接。因為斷路器數(shù)量較多，并且有操作順序的要求，因此這種系統(tǒng)操作起來是非常復(fù)雜的。
  
                       圖4.新型的模塊化和類模塊化的UPS供配電系統(tǒng)
  
  新型的模塊化和類模塊化的UPS供配電系統(tǒng)徹底地改變了這種復(fù)雜狀態(tài)。如圖4右邊所示，一套大功率的模塊化的UPS供配電系統(tǒng)，可以根據(jù)功率的需求并聯(lián)多個功率柜，通過共用一個大功率靜態(tài)旁路柜提高整個系統(tǒng)的可用性。功率柜內(nèi)置自動控制的接觸器，取代外部的接觸器，柜體間采用銅母排連接，取代電纜線，因此UPS主機(jī)的外圍只需要少量的輸入輸出配電柜和交直流電纜即可。
  
  由于采用了這種柜體間銅母排連接和內(nèi)置接觸器的模塊化和類模塊化的輕預(yù)制化架構(gòu)，新型的模塊化大功率的UPS并機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)簡化，操作維護(hù)簡單，降低了人為的故障，提高了可用性。模塊化還可以降低制造采購和維護(hù)成本，降低維修時間，提高可用性。
  
  對于大功率的UPS供配電系統(tǒng)來講（>500KW），它所采用的功率模塊更傾向于采用單相模塊，模塊功率40-50KW，這樣可以降低并聯(lián)的節(jié)點數(shù)，降低并聯(lián)環(huán)流，提高可用性。對于中等功率的UPS系統(tǒng)來講（<200KW），需要并聯(lián)的模塊數(shù)不多，更多的還是采用三相功率模塊。施耐德電氣在新的GalaxyVS系列UPS系統(tǒng)里面采用了50KW的三相功率模塊，由于采用了混合三電平的逆變器，其功率模塊的效率達(dá)到97.5%，只有3U安裝高度，重量低至38公斤，單人就可以進(jìn)行更換。
  
  在數(shù)據(jù)中心三相UPS電源領(lǐng)域，施耐德電氣了技術(shù)的發(fā)展方向。2010年，施耐德電氣搭建了Galaxy VS UPS系列的研發(fā)平臺，在此之上不斷地取得相關(guān)的技術(shù)專利，比如，2010年取得四電平逆變器專利，2012年取得超級旁路優(yōu)先運(yùn)行模式技術(shù)專利，2018年取得混合三電平逆變器技術(shù)專利等等，這些技術(shù)專利都融入到了其GalaxyV系列的家族產(chǎn)品中。到今天為止，施耐德電氣Galaxy V系列家族已經(jīng)涵蓋10-4000KW的功率段，成為UPS市場上耀眼的明星。
  
  值得一提的是，施耐德電氣最新推出的全新Galaxy VS UPS產(chǎn)品采用了上面所提到的顛覆性技術(shù)，實現(xiàn)了諸多創(chuàng)新。GalaxyVS基于完全意義上的模塊化設(shè)計，增加了后期維護(hù)的可靠性，提高了設(shè)備的可用性。使用軟開關(guān)混合三電平逆變技術(shù)，效率高達(dá)97%，減少了元器件數(shù)量，故障點相對降低。施耐德電氣的旁路優(yōu)先運(yùn)行模式，完美融合了雙變換模式和ECO模式，既保證安全可靠性，滿足一類供電標(biāo)準(zhǔn)，又可以把整個設(shè)備的效率提升到99%。Galaxy VS給客戶提供了更多的儲能選擇，既能使用鉛酸電池，又可用鋰電池。另外，依托施耐德電氣新一代EcoStruxure架構(gòu)，可以對Galaxy VS UPS實現(xiàn)數(shù)字化管理。
  
                          圖5.Galaxy VS