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数据中心高压直流的发展与展望

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-07-02 0:40:30 * 浏览: 9
U / A(AG-UPS)电源系统交流输出电压的主要问题是如何有效地提高系统的可靠性。可靠性低是由于AG-UPS设计概念以及AG-UPS设计概念的结果。该问题也可以归因于备用能量配置方法的问题。交流输出电压U / A(简称AG-UPS)电源系统的主要问题是如何有效提高系统的可靠性。低可靠性是AG-UPS的设计理念。 AG-UPS设计概念的原因可归因于备用能源配置方法的问题。备用能量(电池)必须通过UPS设备中最薄弱的环节-逆变器可以向负载供电,这是由UPS引起的。系统必须经过两次能量转换,负载和UPS有两个谐波源系统本身本身,系统过于复杂,结构肿,成本不断上涨,效率低下,可靠性难以有效改善的根本原因,UPS技术的发展过程告诉我们为什么要提早IT设备需要交流电压电源:AC-UPS系统结构的问题,UPS直流输出的可行性和性能优势以及直流电压输出UPS的设计和应用中面临的技术(简称DC- UPS)这个难题等。1IT设备电源系统结构的变化电网电压提供AC 380V / 220V,50Hz,而IT设备逻辑电路使用直流低压,这是两个不变的事实。为IT设备供电的电源设备自然会完成两个标准电压的转换。计算机已经工业化了60多年。在漫长的过程中,电源也经历了几个变化的阶段。促成并确定这些变化的最基本因素是构成电源设备的功率半导体器件的技术进步。图1显示了此过程。 1.1 1960和1970年代s如图1(a)所示。此时,计算机直接由电网(商业电源)供电。机器中的电源负责将高压交流电转换为低压直流电。稳压功能主要是控制整流和线性稳压稳压电路。开关电源仅在70年代出现。由于稳压电路的结构以及当时半导体器件的性能限制,线性稳压和开关电源只能作为低压输入。因此,必须在输入端配置工作于交流状态的工频降压变压器。 1.2在1970年代和1980年代,UPS设备用于向计算机供电,如图1(b)所示。这时,计算机电源系统开始配置有不间断电源设备-UPS。但是,由于计算机的电源输入配有电源变压器,因此UPS设备只能输出交流电。众所周知,这个最初的要求固定了UPS设备的电路结构,并且在50年后的今天仍在使用。 1.3在1980年代和1990年代,计算机开关电源移除了输入变压器,如图1(c)所示。 1970年代,由于功率半导体器件性能的提高,电源技术行业开始了“ 20kHz革命”。没有输入变压器的开关电源进入了开发和试用阶段。到1980年代末和1990年代初,计算机电源基本上使用不带输入变压器的高频开关电源,也就是说,计算机设备可以直接由高压AC电源供电(无降压),当然,它也可以由高压直流电直接供电。但是,当前的设备标准和人们的观念决定了计算机仍必须由交流电压供电。当然,作为输入电源的前置设备的UPS也必须输出交流电源。由于UPS仅提供交流电源,因此计算机开关电源也必须保留输入级的AC / DC转换。整个电源构成了UPS设备的AC / DC→DC / AC两级转换,而后e开关计算机中的电源。 →DC / DC两级转换。 2AC-UPS电源系统的现状和存在的问题AC-UPS技术的进步和结构变化提供了条件,而AC-UPS的状态和存在的问题促使其发生了变化。技术的发展有其自身的发展规律,UPS的直流输出将成为数据中心供电系统的重大变化。如图2所示,此处的AC-UPS电源系统不包括AC输入链路。它由AC / DC转换器,DC / AC逆变器,各级配电柜,滤波器,电池组和其他设备以及链接。图2是AC-UPS电源系统的基本结构。从其基本结构可以看出,该系统在有效提高可靠性,提高运行效率,降低成本,减少污染,标准化和提高适应性方面存在着难以克服的困难。 2.1 AC-UPS电源系统存在的问题(1)系统可用性问题系统复杂,单路径故障点多,设备可靠性差,维护困难。 (2)系统电流谐波*问题the系统负载开关电源和UPS输入AC / DC转换器中有两个谐波源。它构成了电网和系统本身,增加了滤波设备,降低了输入功率因数和能源利用率,并对零接地系统提出了严格的要求。 (3)系统成本和能耗问题经过两次转换,设备的能源利用率低,降低了系统的运行效率,增加了系统的复杂性,增加了采购成本和运行成本。低输入功率因数会降低系统设备的容量和能量输入的利用率。 (4)系统的灵活性和可扩展性,变更问题具有计划容量的一次性投资,难以更改和扩展,缩短了系统生命周期。 (5)系统维护和保养困难需要高水平的维护。许多供应商和非标准化产品使修复故障变得困难。 2.2 AC-UPS系统技术改进和创新重点从当前用户的关注重点和UPS制造商技术改进的重点出发,将要解决的问题和技术措施概括为以下三点:提高系统可用性,解决发电问题。谐波电流和治理问题改善了系统的适应性。 (1)提高系统可用性:包括提高设备可靠性,减少设备容量和使用,对设备进行容错的冗余配置,模块化UPS的配置,冗余功能,并大大减少了故障修复时间,改善了设备智能监控和管理该功能便于维护,可以在故障发生之前消除潜在的故障隐患。集成的系统设计用于解决系统中各种设备阻抗和连接方法的匹配问题,从而提高系统的可靠性和操作性。在安装和维护期间集中管理问题并最大程度减少人为错误。 (2)抑制系统中谐波电流的产生和处理的问题:包括增加电缆(尤其是中性电缆)的规格以及前端设备(变压器,柴油发电机组,配电开关,转换开关,为了减少谐波,对电流的影响,输入改为12脉冲整流+第11无源滤波器,PF = 0.95,THD≤10%,6脉冲整流前端加有源滤波器,输入电流为正弦波PF = 0.99,THD≤5%,输入改为PFC高频整流,PF = 0.99,THD≤5%,(3)提高系统适应性:包括采用模块化设计,使本地系统具有扩容功能,降低系统运行初期的设备购置成本和运行成本,采用标准化设计,简化系统设计和施工过程,为快速安装系统提供了可能并可能发生变化,移动和扩展。 2.3值得思考的问题随着IT技术的发展,d)由于UPS电源系统可用性要求的不断提高,传统的电源系统不断复杂化,设备堆积,结构膨胀,成本快速上涨,效率低下,难以有效提高可靠性的趋势,这种尴尬局面是由传统的电源系统设计和建造模式引起的。系统中的问题主要是由于系统设计不当造成的,其中系统谐波电流不受外界影响,负载谐波电流由交流电源产生。 UPS输入谐波由UPS本身产生。系统设计本身会导致系统的复杂性。冗余并行系统的投资成本是倍数。双总线系统是设备和系统可靠性的最后手段。行为,不是非停电功能的需要,传统的设计和建造模式是否仍会代代相传?为什么能量必须转换两次才能提供负载?为什么不能从根本上消除系统中的谐波源?为什么不将负载中无法预料的突发故障因素完全隔离开呢? 3AC-UPS输出直流转换变换的理论基础根据可靠性理论设计了UPS直流电源方案,这是可靠性理论的应用,也是可靠性理论的发展。 3.1可靠性低的根本原因对系统功能设计策略的误解the不间断电源系统实现其功能的最基本条件是必须有两种能源,一种是主电源,一种是备用(电池)电源。供应。主电源可能由于电源故障而失效,这是建立UPS电源系统的初衷。备用能源应该是不间断电源的基本条件。但是,不幸的是,AC-UPS设计计划没有为备用电池提供足够的条件。电池不是直接放置在负载的正面以“保护负载”,而是放置在UPS主机设备中。市电如果发生电源故障,电池必须通过负载向负载供电。 UPS主机设备中最不可靠的链接(DC / AC)逆变器。相同的不可靠备用电源路径是AC-UPS电源系统持续复杂,设备堆积,结构膨胀,成本快速上涨,效率低以及难以有效提高可靠性的根本原因。问题在于系统设计计划的指导思想。如果UPS电源系统出现故障,则主能量和备用能量都不能保证继续为负载供电。显然,不间断电源的主要特征不是主能量和备用能量,而是两条道路必须通过的UPS电源系统。如果将备用能量直接放置在负载的前面,则高可靠性备用能量会在主电源故障期间直接为负载供电,那么备用能量不仅可以在主电源中断时为负载供电,当市电正常且UPS电源系统出现故障时,还可确保负载正常运行。 3.2可靠性理论与备用能源的分配ensuring确保IT负载连续可靠运行的关键在于主能源和备用能源的配置方法。在图1的UPS电源系统中,参照图2,图2示出了两种能源的供电方法。 3.确保负载持续供电的关键是,当主电源出现故障时,备用能量的另一个通道是否可以连续可靠地向负载供电。但是,在图3(a)中,主能源发生故障后,备用能源(电池组)必须通过UPS设备中的DC / AC转换链路为负载供电。因此,后备能源的可靠性无法得到充分发挥。备用能源的可靠性模型如图3(b)所示。根据目前设备的可靠性水平,电池系统的可靠性R1约为0.99,而UPS逆变器的可靠性仅为0.9(可靠性)。UPS机器的能力可以达到0.99(包括冗余并联的静态旁路系统)。根据串联可靠性模型,可以计算出备用能源的可靠性:R = 0.99×0.9 = 0.891但是,如果采用如图5所示,更换备用电池后,备用电池直接连接到IT设备的前端。 4(a)如图所示,与图3相比,它给系统的可靠性带来了三个非常明显的变化:(1)备用电池与UPS电源系统组成冗余系统,而高可用性备用电池从根本上来说将电源和电源系统隔离开来,整个系统的可用性可以从2 9增加到3 9(2)充分利用备用电池的可靠性,并增加备用电池的可用容量减少了10% 3.3对于“可预测的非紧急故障”和“无法预料的突然故障,可靠性”