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        UPS節(jié)能措施及應(yīng)用

        2018-06-11 01:07:14趙慧峰石利宏梁鳳珍
        設(shè)備管理與維修 2018年5期
        關(guān)鍵詞:單臺輪值節(jié)省

        趙慧峰,石利宏,梁鳳珍

        (1.吉林石化公司化肥廠,吉林吉林 132000; 2.中國石油吉林數(shù)據(jù)中心,吉林吉林 132000;3.吉林石化公司機動處,吉林吉林 132021)

        0 引言

        UPS(UninterruptiblePowerSupply,不間斷電源)作為常年不間斷運行設(shè)備,運行效率的高低直接影響著系統(tǒng)的運行成本。UPS負載率是影響運行效率的直接因素。負載率從40%到100%時,UPS的效率基本保持不變;當(dāng)負載率<30%時,UPS的效率將有較大的下降。

        1 UPS供電系統(tǒng)節(jié)能

        1.1 模塊化智能休眠節(jié)能

        在多機/冗余系統(tǒng)的配置中,傳統(tǒng)的方法是分批采購、通過關(guān)閉1臺或多臺UPS達到在輕載下的效率最大化(圖1)。智能動態(tài)功率調(diào)節(jié)技術(shù)是通過選擇性將一部分模塊置于空閑狀態(tài)使整個系統(tǒng)達到較高的效率點,一些模塊處于“熱備份”狀態(tài)。負載由剩余的激活模塊供電(圖2)。

        圖1 UPS效率與負載配比

        圖2 模塊化智能UPS

        1.2 UPS輪巡休眠節(jié)能模式,提高 UPS負載率

        UPS的節(jié)能,主要是要克服整流、逆變等環(huán)節(jié)上的額外能耗。那么,延伸出來的技術(shù)主要是休眠模式——逆變器關(guān)閉,整流器不關(guān)閉;包括逆變部分的隔離變壓器關(guān)閉;整流器不關(guān)閉,電池正常充電。

        某數(shù)據(jù)中心UPS共有 48套 UPS。44臺型號為Hipulse NXL500k的UPS設(shè)備,安裝在動力變電所、1#~10#模塊變電所中,單臺UPS負載率普遍<10%。由于負載率較低,部分UPS甚至處于空載狀態(tài),UPS本身消耗著較多的電能(圖3,其中,ACPPC是交流開關(guān)柜,STS是靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān))。表1為實際測得某日24h各機房UPS負載率數(shù)據(jù)。

        圖3 某數(shù)據(jù)中心UPS運行現(xiàn)狀

        2 UPS節(jié)能方案及案例分析

        2.1 并機系統(tǒng)休眠輪巡模式介紹

        對于低負載并機系統(tǒng),設(shè)定其在一定的負載量下。將負載集中到并機系統(tǒng)的一部分設(shè)備上,余下設(shè)備進入休眠狀態(tài);日常運行時設(shè)定設(shè)備按照一定時間周期 輪巡;由于改造對象是并機雙母線系統(tǒng),對一部分設(shè)備休眠,并不會對系統(tǒng)可靠性造成根本性的影響。休眠輪巡方案要點如下。

        (1)當(dāng)一側(cè)母線總負載<單臺UPS容量30%(待定)時,系統(tǒng)將安排1臺UPS運行,3臺UPS休眠。

        (2)當(dāng)一側(cè)母線總負載超過單臺UPS容量30%(待定)<60%(待定)時,系統(tǒng)將安排2臺UPS運行,2臺UPS休眠。

        (3)當(dāng)一側(cè)母線總負載超過單臺UPS容量60%(待定)時,系統(tǒng)運行在全運行模式,恢復(fù)到3+1模式。

        (4)當(dāng)主用UPS有故障需要退出運行時,同母線側(cè)UPS不間斷切換至旁路,保障供電,繼而激活處于休眠狀態(tài)的UPS,后從旁路回切到非故障UPS進行并機供電保障。

        (5)平時運行時,同一母線上的UPS按預(yù)設(shè)的優(yōu)先順序輪流休眠,應(yīng)先激活休眠UPS順利投用后再將運行設(shè)備進入休眠——如UPS-1b激活投用,UPS-1a進入休眠。

        UPS系統(tǒng)默認1#UPS為通信主機,4臺UPS無控制主機。任何一臺都可進行喚醒及切換動作。UPS輪值時,先進行下一臺需要運行的UPS喚醒,當(dāng)其逆變器工作穩(wěn)定運行2min后,再關(guān)閉需要休眠的UPS使其進入休眠狀態(tài)。負載<單臺UPS容量30%時,UPS1用3備;負載在單臺UPS容量的30%~60%時,UPS2用2備;負載在單機容量的60%~90%時,UPS3用1備;負載>90%時,UPS全部喚醒啟動。

        表1 UPS負載及效率統(tǒng)計

        (1)4臺UPS并機系統(tǒng)全部運行后,當(dāng)一側(cè)母線總負載<單臺UPS容量30%(可變)時,系統(tǒng)將根據(jù)負載情況,等待2min逆變器休眠確認時間,4#UPS逆變器。同理再經(jīng)過4#UPS2min休眠時間,關(guān)掉3#UPS逆變器,3#UPS開始休眠,直至1#UPS運行,其他3臺UPS休眠。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)定的輪巡時間,當(dāng)?shù)竭_輪巡時間后,1#UPS喚醒4#UPS運行,等待2min逆變器休眠確認時間后,1#UPS休眠,依次類推。

        (2)接上一步,當(dāng)一側(cè)母線總負載從單機UPS容量的30%逐步增加到60%(可變),且未達到60%時。系統(tǒng)還是默認為單臺UPS工作,其余3臺UPS休眠。當(dāng)達到輪值時間達到時,需要喚醒另一臺UPS逆變器工作時,另一臺UPS也處于逆變器工作狀態(tài),原來處于工作的UPS還是處于逆變器工作狀態(tài)。即1#UPS喚醒4#UPS后,2臺UPS同時工作。再經(jīng)過一個輪巡周期后,喚醒3#UPS工作,1#UPS經(jīng)過2min后進行休眠,依次類推。

        (3)接上一步,當(dāng)一側(cè)母線總負載逐步增加到單臺UPS容量90%(可變)時,且未達到90%時,2臺工作的UPS會在輪值周期內(nèi)一直工作,直到喚醒第三臺后,3臺UPS進入輪值一同逆變工作,再經(jīng)過一個輪值周期后,喚醒第四臺UPS,經(jīng)過2min后,需要休息的UPS逆變器自動停止。3臺逆變工作,1臺休眠。依次類推進行輪巡。

        (4)接上一步,當(dāng)一側(cè)母線總負載逐步增加到單臺UPS容量120%時,3臺工作的UPS還會繼續(xù)工作,單臺休眠的UPS還會休眠,直到到達輪巡周期后,喚醒休眠的UPS工作,此后,UPS都工作,不進行輪巡。

        (5)如果在(1)處檢測的負載為單機UPS容量30%~60%,則最終進入2臺輪巡方式工作;如果檢測到的負載為單機UPS容量的60%~90%,則最終進入3臺輪巡方;如果檢測到的負載為單機UPS容量的90%以上,則進入4臺UPS逆變器同時運行方式。

        (6)如果在突然增加一個較大負載,UPS系統(tǒng)會喚醒所有休眠中的UPS共同承擔(dān)負載,待負載檢測穩(wěn)定后,再更具相應(yīng)區(qū)間進行UPS輪值工作。

        (7)當(dāng)主用UPS有故障需要退出運行時,同母線側(cè)UPS不間斷切換至旁路,保障供電,繼而激活處于休眠狀態(tài)的UPS,后從旁路回切到非故障UPS進行并機供電保障。

        (8)當(dāng)輪巡UPS遇到有任何故障信息時,除故障UPS退出運行外,其余UPS全部喚醒處于逆變工作狀態(tài)。待故障清除后方可進入輪巡模式。當(dāng)單臺輪巡中的UPS故障時,如果是本臺機器故障,則其他3臺均切換至旁路,進而切換至3臺UPS逆變器供電,退出輪巡方式,故障UPS退出運行。當(dāng)故障消除后再進行輪巡方式。如果是非單臺運行UPS故障,則除故障UPS外全部喚醒,退出輪巡方式。

        (9)當(dāng)有告警信息出現(xiàn)時,對應(yīng)的告警的UPS及1#通信主機UPS退出輪巡,均被喚醒其他UPS繼續(xù)輪巡。

        (10)UPS可進行手動關(guān)逆變,該臺機組退出輪巡模式,當(dāng)開啟逆變后,自動進入輪巡模式。

        2.2 UPS輪值休眠節(jié)能效果

        2.2.1 休眠輪巡方案節(jié)能計算

        500kUPS主要參數(shù):①逆變空載損耗8.25kV·A;②休眠空載損耗4.27kV·A,其中充電耗能1.62kV·A,輸入損耗2.65kV·A。試驗平臺測試數(shù)據(jù)如下。

        (1)負載<單機容量30%時,單臺功率在5.8kW(表2)。

        表2 負載<單機容量30%時4臺UPS測試數(shù)據(jù)

        (2)負載在單臺UPS容量的30%~60%時,單臺功率為16.25kW(表3)。

        表3 單臺UPS容量負載30%~60%時4臺UPS測試數(shù)據(jù)

        (3) 模擬 5#,6#,9#,10#總輸出為 30%負載,單臺 UPS 負載7.5%(135kW),見表4。

        表4 30%負載4臺UPS測試數(shù)據(jù)

        (4)模擬7#,8#總輸出為40%負載,單臺UPS負載10%(180kW),見表5。

        表5 40%負載時4臺UPS測試數(shù)據(jù)

        2.2.2 休眠輪巡方案實際節(jié)能效果

        以某北方大型數(shù)據(jù)中心變電所UPS作研究,有規(guī)律性的關(guān)閉某(幾)臺UPS逆變器,再對UPS進行每月手動輪值操作。經(jīng)過幾個月的觀察,1#變?nèi)掌骄?jié)省電能440kW·h,2#變?nèi)掌骄?jié)省電能360kW·h,3#變每日平均節(jié)省電能370kW·h,4#變每日平均節(jié)省電能380kW·h,5#變?nèi)掌骄?jié)省電能210kW·h,6#變?nèi)掌骄?jié)省電能210kW·h,7#變?nèi)掌骄?jié)省電能90kW·h,8#變?nèi)掌骄?jié)省電能110kW·h,9#變?nèi)掌骄?jié)省電能230kW·h,10#變?nèi)掌骄?jié)省電能220kW·h,合計每日節(jié)省電能2620kW·h,PUE值降低了0.4。每年平均節(jié)省電量956.30MW·h。每年可節(jié)省電費54.51萬余元人民幣

        3 結(jié)論

        隨著UPS不斷發(fā)展,UPS不間斷供電系統(tǒng)已非常成熟,發(fā)展方向也逐步趨于直供電與高頻模塊機相結(jié)合。主電源是市電經(jīng)過濾波器直接供電,當(dāng)市電停電或波動后轉(zhuǎn)由UPS供電,UPS同時具有高頻模塊化功能,UPS供電時自動分配達到效率最大化。這種有些顛覆傳統(tǒng)UPS的新型UPS系統(tǒng)已經(jīng)在各大數(shù)據(jù)中心陸續(xù)使用。由于普通工廠及數(shù)據(jù)中心企業(yè)大部分仍使用工頻機,為此著重介紹工頻機的節(jié)能,即輪值休眠。在保證穩(wěn)定運行的前提下,使得UPS達到最大使用效率,同時節(jié)省逆變器損耗電能。

        [1]黃群驥.談?wù)?PUE[J].機房技術(shù)與管理,2015,59(3):21-23.

        [2]謝富熹.數(shù)據(jù)中心機房的節(jié)能設(shè)計[J].科技傳播,2011,1(上):179-182.

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