上海鸿贝蓄电池FM/BB1240T 12V40AH/20HR

北京ups电池营销中心是一家专业经营直流屏蓄电池，ups蓄电池及电厂用蓄电池，启动型蓄电池的贸易公司,专门为机房、金融、油田、邮政、电信、税务、银行等系统提供电力保护。　　 公司以卓越的产品，先进的技术和优良的服务赢得了用户的广泛赞誉。 

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能系统测试是针对由单体设备组成的子系统来进行的测试验证工作。主要内容包括验证子系统是否已经做好与其他系统联合运行并支持数据中心运转的准备;测试、调整制冷系统,以保证风量和冷冻水流量满足设计要求;分别在正常、维护和应急模式下,通过监控系统验证设定点、报警、功率数和性能状态的反馈是否正确。

数据中心基础设施中对于可用性及可靠性影响最大的子系统是供配电子系统。随着数据中心热密度的上升,空调系统的重要性也随之上升。而安防监控的参数设置可能影响以上两个系统的动作,因此这三个子系统的测试验证也是数据中心验证的主要工作。

⑤系统联调及故障模拟

系统联调及故障模拟在测试验证工作中是最后一个环节,也是验证数据中心机房作为一个整体能否满足设计要求和运行要求的最主要手段。这个阶段要求测试验证机构对于机房的设计有深刻的理解,对于运行中可能出现的故障有丰富的经验,对于应对特殊情况的回退措施有充分的准备,是保证验证效果难度最大的阶段。

系统联调及故障模拟的主要工作包括验证数据中心的各个子系统是否能在不同设计负载的条件下正常匹配运行;验证各系统对不同动作、维护工作或者故障所做出的反应是否满足设计和运行要求;验证设备和系统对计划内或者计划外的事件所做出的反应。

(2)按照测试验证的对象决定测试验证的内容

数据中心基础设施主要由电气系统、暖通系统、安防与监控系统、消防系统和装饰装修系统组成,测试验证的工作内容按照验证对象来划分也需要映射到这五大系统中。另外将故障模拟单独列出,其实这项内容是包含在各个子系统中的,但它们又具备一定的共性,所以单独总结出来便于给读者更清晰的概念。

①电气系统

数据中心基础设施的电气系统不但承担着保障IT设备电力供应和电能质量的任务,还要解决空调设备、机房照明、应急照明、消防、监控等其他设备的用电问题,是基础设施中最为重要的子系统,也是为数据中心提供运行动力的基础,所以对电气系统的测试验证工作尤为重要。

电气系统的测试验证工作主要是验证电气设备及相关元器件的性能和运行参数是否符合设计要求,验证电气系统是否能对设计负载提供稳定、高质量的电力供应,验证电气系统作为一个整体是否能满足运行要求并与其他系统匹配运行,验证电气系统在故障情况下是否能做出预期的反应并有一定的抗故障能力。电气系统的测试验证主要工作内容见表1。

②暖通系统

IT设备在运行过程中会产生大量的热,数据中心暖通系统的任务就是消除这些热量,营造一个适合IT设备运行的稳定环境,对于该环境的要求主要包括温度、湿度和洁净度三方面。虽然暖通系统不直接作用于数据中心的产出(对IT业务的支撑),但却是数据中心产出的重要保证,如果暖通系统不能正常工作,数据中心在短短几分钟可能就会陷入瘫痪,所以对暖通系统的测试验证工作也是非常重要的。

暖通系统的测试验证工作主要是验证空调及相关设备的性能和运行参数是否符合设计要求,证暖通系统是否能满足设计负载对制冷量的要求,验证系统作为一个整体是否能满足运行要求并与其他系统匹配运行,验证系统在故障情况下是否能做出预期的反应并有一定的抗故障能力。有关暖通系统的测试验证主要工作内容见表2。

③安防与监控系统

安防系统是运用安全防范产品和其它相关产品所构成的入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、防爆安全检查等的集成电子系统或网络。监控系统是对数据中心现场设备的工作状态、运行参数、历史数据等进行实时的监控,完成强大的系统联网管理功能,同时也是报警传递的第一途径,对于运维人员及时发现故障、快速处理解决问题都有不可取代的作用。

安防与监控系统的测试验证工作主要是验证系统相关设备的性能和运行参数是否符合设计要求,验证系统作为一个整体是否能满足运行要求并与其他系统匹配运行,验证监控系统是否能正确的反映被监控设备的工作状态、运行参数、历史数据,验证安防系统是否能起到有效保障数据中心安全的目标。有关安防与监控系统的测试验证主要具体工作内容见表3。 
(1)可靠性的需求

在选用UPS产品之时,客户的第一关注点必然是可靠性。对UPS来说,更高的效率意味着更低的发热量,根据阿列纽斯理论(Arrhenius theory),认为温度每上升10℃,电子产品(例如电容、半导体器件)的寿命减半,发热量的降低将对器件内部温度的降低起到重要贡献,从而提高器件本身的寿命。

当然,高效只是影响UPS内部温度的主要因素之一,还要综合考虑机器本身的散热设计。但是,效率越低往往意味着需要在成本(更好的散热器件或更大的散热空间)、可靠性(增加故障点)或工作温度(40℃时不能连续工作)等方面作牺牲,以保障内部温度在可接受的范围之内。

(2) 响应国家节能减排政策

2013年初,工信部联合五部委共同出台《关于数据中心建设布局的指导意见》[工信部联通(2013)13号],要求新建数据中心PUE值达到1.5以下,原有改造的数据中心PUE值下降到2以下;而UPS系统的损耗是数据中心能耗的主要组成部分,大约占到数据中心能耗的6%～10%,数据中心要做到较低PUE,必须选择运行效率更高的UPS。图1给出了不同类型UPS对PUE贡献的差异。

(3)客户节约电费的需求

以一个中型数据中心为例,假设IT负载为500kW,A系列UPS效率为93%,B系列UPS效率为96%,空调能效比(EER)为3:1。根据以上条件,分别采用两种UPS所带来的损耗见表1。

一般来说UPS效率每提高一个百分点可节约10%～20%的电能费用,可见高效UPS给企业带来的收益是很可观的。

(4)认证门槛的要求

为应对全球气候的变化及提升技术门槛,全球各地出台了针对各类产品的节能认证标准,如中国的CQC“节能产品认证”、美国的“EnergyStar”,以上两者是当地强制性认证,没有通过相关认证的产品不能进入政府采购名单。如英国的ECA认证,要求200kVA以上UPS满载效率做到96%,针对具备ECA认证的产品,客户可以在购买产品的第一年申请的税收减免。此类节能认证极大的提升了高效产品的竞争力,也说明了各国对产品高效性能的重视。

(5)负载率对效率的影响

负载率对UPS的效率影响很大。如图2所示,一般情况下,UPS的效率会随着负载率的提高而提高,并且会在负载率达到70%时达到效率最高点。结合图2的曲线,不难得出以下结论:让UPS始终工作在效率最高负载区间,是提升UPS效率的可行手段。然而实际场景中,存在以下因素,使得UPS负载率无法工作在负载区间,甚至存在负载率极低,导致UPS效率极低的情况。

①超前规划

因为供配电系统不易改造,机房在规划时会考虑到未来3～5年的业务扩容,常常需要提前规划好扩容容量的供配电系统;图3给出了超前规划降低UPS负载率。

②冗余配置

为保障可靠性,供配电系统需要冗余配置,常采用N+1配置,部分核心负载甚至采用2N或2(N+1)配置,保证供配电系统任何一条线路出现问题时都不会导致负载掉电;采用图4给出了冗余配置降低系统负载率。

③机房设计时不可能按照负载率进行设计,一般情况下,负载率不会超过80%。

因为以上所讲的三个原因,一般情况下,UPS实际负载率低于40%,冗余越高的,负载率越低(见图4),一些机房UPS负载率会低到20%左右。

2 UPS损耗组成

如何提升UPS的效率?UPS的损耗由哪些部分组成?图5为UPS输入功率的最终走向。

图5中深色部分为UPS最终输出功率,即提供给负载的能量;浅色部分为UPS自身产生的损耗,最终转化为热量或辐射等;图上方的折线图为效率趋势。从图5中可以看出UPS损耗并不是呈现线性增加,这是由于其损耗由多种类型组成。以下对空载时的损耗和满载时的损耗分别进行分析,从中找出UPS损耗构成的基本规律。

(1)空载损耗

从图6中可以看出,UPS上电后,有一部分器件始终处于工作状态,其损耗即使在UPS空载时也是必不可少的。这部分器件中,损耗最大的是电感,占据了42%,其次是IGBT和SCR的驱动以及SCR本身的损耗,两者加起来大概占了26%左右,还有一些损耗比较小的,比如泄放电阻,电容内阻等。一般占UPS最大额定容量的0.5%～3%左右。

(2)满载损耗

图7为满载损耗分布图,可以看出,跟空载损耗相比IGBT与二极管损耗明显增大,从空载时的6.6%跃升至45.7%;电感损耗占比略有下降,但是仍然占据了32.6%;SCR的损耗略有上升,从12.4%上升到14.4%。其他诸如风扇,监控,控制板等占比均有下降。

从以上的对比可以看出,IGBT、二极管、电感等的损耗是UPS损耗的大头,要想提升UPS的效率,一方面需要从降低这些器件损耗入手,另一方面,可以选择更优的拓扑结构。

3 如何降低UPS损耗

(1)降低器件损耗

高频UPS所用的半导体器件主要为IGBT、二极管以及MOSFET。由于自身结构和工作特性不同,器件损耗构成各有不同。

①IGBT

IGBT的损耗由导通损耗和开关损耗构成。

导通损耗等于导通电流ICE和正向导通压降UCE的乘积


开关损耗分为开通和关断损耗,可以用单次通断的能量损耗(Eon或Eoff)乘以开关频率Fsw来表示




降低IGBT损耗需要选择导通压降低、开关损耗小的型号。由于通常导通压降低和开关损耗小无法同时选择,所以需要判断实际电路中导通损耗比较大还是开关损耗比较大,然后选择收益最大的一个方向挑选IGBT。

随着半导体技术的发展,IGBT也逐渐呈现高效化的趋势,新一代的IGBT通常比上一代损耗降低,所以优先挑选采用最新技术的IGBT也是降低损耗的一个常用手法。华为UPSU5000在整流和逆变电路上选择了不同型号的IGBT以配合电路实际工作特性,以求达到损耗最小。

注:部分电路中IGBT的反并联二极管也会产生损耗,选择IGBT时也需要注意二极管特性。

②二极管

在UPS中会使用较多的功率二极管,按照电路工作的频率,二极管分为高频二极管和整流(工频)二极管,两种二极管的损耗略有差异,本文主要讨论高频二极管的情况。

高频二极管的损耗主要由导通损耗和开关损耗构成,导通损耗等于正向导通电流IF和正向导通压降UF的乘积

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