【解决方案】中小型信息机房绿色UPS解决方案.doc

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UPS在通信行业的应用
中达电通股份有限公司 刘志华

引言：
随着国家对节能、环保的大力提倡，以及能源供应成本越来越高，越来越多的用户开始重视信息机房用UPS的绿色电力供应问题。

据统计：通信业每年消耗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，中国移动也提出能耗三年降低40%。

要实现以上节能目标，在各个环节的能耗控制就显得非常有必要。众所周知，通信行业的中小信息机房数量众多，UPS作为一个特殊且重要的不间断电力转换设备，在这些机房中是一个必不可少的设备。针对这些UPS设备的节能、环保措施就显得意义重大。

以下就通信企业中小信息机房用UPS应具备哪些特点才能真正做到绿色、节能进行一些讨论？
一、信息机房用绿色节能UPS应具备哪些特点：
UPS的整机效率要高，特别是在低负载量时
UPS是电力转换设备，转换效率高低，直接觉得了客户要为UPS设备支付多少电费。但是，因为UPS转换效率是和负载量相关的，一般来讲，满载时UPS效率最高。而实际应用中，大多数用户的负载量都小于50%，负载量低于30%的也非常多，因此低负载量时的效率高低，更能体现节能意义。UPS设备是24小时不间断工作的，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。

UPS输入功率因子高，输入电流谐波小
输入功率因子越高，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，对市电来讲，UPS是一个整流性负载，会产生谐波污染，会产生无功功率消耗。这些都是供电单位不希望看到的。
1）无功功率消耗太大，会增大UPS上端输配投资，即线径、空开容量需增大；还会增大线路损耗等等。因此电力部门一般会要求用电设备的功率因子不能低于0.92（广东地区），否则，客户会被罚款。
2）电电力谐波的主要危害有：
A.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；
B.产生谐波损耗，使发、变电和用电设备效率降低；
C.加速电气设备绝缘老化，使其容易击穿，从而缩短它们的使用寿命；
D.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；
E.干扰通讯系统，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产生的谐波应该越低越符合环保要求。一般，当UPS的PF≥0.99，THDI≤5%时，对市电的污染基本可以忽略了。

可扩容性，即能方便的扩大UPS的容量。
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UPS来讲，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:
A. 客户可按需配置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，先期投入时，选用的UPS容量较大，但电信业务是缓慢增长的，这就造成相当时期内,UPS负载量相对较低，导致的低负载量时UPS效率低下,损耗增大。同时，一部分宝贵的UPS容量资源也被白白浪费。
B.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的可扩容性也绿色UPS解决方案的一个重要因子。

高可用性反应了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，我们把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，负载不间断地运行越能够得到保障。提高可用性可从三个方面考虑，一是提高系统自身的可靠性，即平均无故障时间越长越好，可平均无故障时间再长，也不能保证UPS设备不出故障。因此，第二方面是采取冗余的方法，即一个UPS设备坏了，可由其另一UPS设备来顶替。第三，即故障的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系统自身要具有冗余功能，即某部分故障，可有相同功能的东西来代替，不影响系统正常工作。
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，会产生造成重金属污染，它会污染环境，影响什么的身体健康。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，即RoHS，像欧盟已经要求进口产品必须符合RoSH制程。
综上所述，绿色UPS解决方案应该是节能的、高可用的、环保的不间断动力解决方案。

二、为了满足通信信息机房用户对绿色不间断动力解决方案的需求，中达推出了DELTA C（超越）UPS解决方案。
台达的绿色UPS解决方案的是如何满足前述要求的呢？
要求1.转换效率高，特别是在低负载量时的效率。
DELTA C UPS采用专利的IGBT整流技术和三级逆变器设计，极大的提高整机转换效率。如下图，DELTA C UPS20KVA模块的效率曲线：

从图中可以看到，当负载量不到2kw时，即10%（2/18）左右时，其转换效率就达到了90%，随着负载量增大到30%（6/18）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，DELTA C UPS的转换效率，无论满载还是轻度负载，其效率都非常高，长期使用，可以为用户节省大量的电费。

要求2. UPS输入功率因子高，输入电流谐波小
DELTA C UPS采用了IGBT整流设计，采用数字讯号处理器(Duble-DSP)及空间向量脉波宽度调变(SVPWM:Space Vector Pulse Width Modulation)技术等专利技术，使得输入THDI可以做到≤5%，PF≥0.99。很好的解决了UPS对市电谐波污染的问题。下图为输出电流谐波实测波形：

黄色为UPS输入电流波形
要求3. 可扩容性
DELTA C UPS采用模块化设计理念，一台UPS可由一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，即可方便的增大UPS的容量，而无需新增一台UPS。可大幅节省用户投资和减少机房占地面积。更重要的是，还能使UPS处于适当的负载状态，始终使UPS处于较高转换效率，达到最大化的节能。如下图：

要求4.高可用性
由于DELTA C UPS正是采用了模块化的设计，故当UPS损坏时，只需将损坏的ups模块更换掉即可修复UPS，极大的缩短了UPS的查找故障的时间和维修时间。每个功率模块只有25KG，甚至客户自行就可以更换。
DELTA C UPS的整流器和逆变器、监控模块都采用了独立DSP来控制，极大简化了电路设计，减少零部件,提高了系统可靠性。
DELTA C UPS的辅助电源电路和静态开关控制电路都采用冗余的设计，即辅助电源和静态开关都设计为2路,互为备份。可保证系统长期稳定可靠运行。
DELTA C UPS可以记录500笔事件数据，即使断电，也不会丢失。方便故障原因查找。
维护旁路开关，具有电子式保护功能，当误操作是，UPS也不会因此而损坏。
可管理性。超大屏幕，强大的监控功能，2个独立的SNMP插槽，RS232、干接点等。
要求5.生产制造工程的绿色化。
DELTA UPS不止在国内销售，还出口欧、美等地，因此DELTA UPS产品早在2006年就开始进行RoHS制程改造，目前所有产品全部符合RoHS制程。

三、总结：环保节能长久以来即为台达电子的经营使命，“节能、环保、爱地球”----台达企业口号，因此，台达持续致力于提升产品效率及开发替代能源产品，并且教育员工落实绿色设计的概念。秉承此理念，台达UPS台南研发大楼，是台湾第一个绿色建筑，其比传统建筑节能30%。目前台达上海研发中心，亦是上海第一家绿色建筑，尽管绿色建筑的初期投资会比传统建筑大很多。

台达C系列 绿色UPS解决方案，就是在这样的企业环境下诞生的，其设计之初，就一直将绿色、环保、节能等指针放在首要位置考虑，因此DELTA C UPS是完全符合绿色、环保需求的，为通信行业客户提供了真正的绿色UPS解决方案。相信，随着绿色动力解决方案的不断普及，它会为客户带来更多的价值提升。同时也会为通信企业的环保节能目标的实现贡献力量。

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