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艾默生高频UPS与工频UPS电源该如何选择
发布时间:2017.02.07    浏览次数:1498

关于UPS实际使用中工频UPS与高频UPS 的选择方式一直困扰着艾默生广大用户。现在小编根据实际情况向大家介绍一下各自的优势。

从工频UPS电源的工作原理、硬件配置、输出的电源质量、过载切换等四大方面讲解其优越性。

一、工频UPS电源工作原理存在的优越性

1.工频UPS电源,用数字信号处理技术确保测量数据快速、灵活,从而产生快速的控制变量,确保对充电器及逆变的实时控制。

2.工频UPS电源比高频UPS电源具有更强大的短路保护能力及更强大的过载能力。

3.由于中国市电环境的极不稳定和易受到一些外部情况的*,所以对短路能力及过载能力的要求也更高。采用工频UPS电源,将极大地提高负载设备的安全性与稳定性。

二、工频UPS电源硬件配置存在的优越性

1.从技术上,工频UPS电源比高频UPS电源多增加了输入和输出变压器

(1).工频UPS电源独有标配的输入/输出变压器,使电流隔离免受输入*。在工业环境中,有些外部设备是大的*输入,如泵、发动机等等。这些*容易造成电流波动,影响负载的安全,因此,电流隔离对于这领域尤为重要。

(2).高频UPS电源为了降低产品成本则不含这些组件,相应的电流稳定性就不如工频UPS电源

2.工频UPS电源设备零部件设计的优越性

(1).工频UPS电源的零部件可根据客户的规格和需要设计,每个零部件都能承受较高的额定功率且具有较长的寿命,旨在确保用户设备操作过程的安全与持久。

(2).高频UPS电源在设计上旨在降低成本,所以其零部件仅符合最低的额定功率要求。

3.对工业的苛刻环境有极强的适应性

工频UPS电源主要设计在苛刻的工业环境下使用,防护等级达到了IP54,而高频UPS电源不具备这种适应能力。

(1).工频UPS电源设计的定位就是在工业环境中工作,如石化、电力、交通运输行业等等。应用于各种苛刻的工业室外环境,防止外部输入*,如高温、高湿、粉尘、震动、腐蚀、爆炸危险型气体及一些无法预测的环境。

(2).工频UPS电源可适应高温环境0~55,相对湿度0%~95%,防尘、防雨水。诸如中国海洋石油公司,中国石化公司这样规模的大公司选择使用的工频UPS电源产品,就是因为它具备高可靠的苛刻工业室外环境适应能力。

(3).高频UPS电源不是专为工业环境设计,所以只能安装在清洁的、较安全的、可预测的环境中。如安装于空调房、低温、无尘等环境。

4.工频UPS电源设备寿命的优越性

工频UPS电源设计寿命超过20年,而高频UPS电源设计寿命为3~5年。

(1).根据工频UPS电源销售经验,许多设备都能正常工作1530

(2).工频UPS电源的设计方向就是延长系统持续工作的寿命,以符合需要长寿命保障的一些应用领域,如石化厂或电站。所以,即便是工频UPS电源早期的投入较高频UPS电源大,但在20年以上的时间内其产品都无需要更换设备,而且备品备件在停产后的后备储存期也相对的比高频UPS电源长很多。

(3).高频UPS电源设计寿命仅为3~5年,5年后设备就需要更换。而且备品备件的储备也极其有限。

5.方便的前端维护

工频UPS电源系统自行维护时间很长,而高频UPS电源系统自行维护时间较短。

(1).工频UPS电源设计有方便的前端维护,并可在系统停产后长时间的提供备品备件,方便维护。且工频UPS电源使用和维护服务期都超过20年。

(2).高频UPS电源的购买、使用及更换时间相对较短。

三、工频UPS电源输出的电源质量存在的优越性

1.工频UPS电源独有的输入输出变压器。使电流隔离免受输入*的同时,也将提高最终电源输出的质量。在像石化领域一类的恶劣工业环境中,输出电源质量的优劣,将直接影响整个工厂设备、人员的安全性及生产能力。

2.商务型的UPS电源并不具备上述组件,所以也不具备如此强大的功能。

四、工频UPS电源过载切换存在的优越性

强大的过载能力

工频UPS电源设计有强大的过载能力。当设备过载时,由于其具有的过载能力强,所以UPS电源切换至旁路运行的可能性很小。这将大大增加系统的安全性。因为当切换至旁路运行时,同则意味着负载不再由逆变器或蓄电池供电。

高频UPS电源的过载能力相对工频UPS电源较低,当发生意外过载时,容易由UPS电源切换至旁路运行,这将会把系统置于一个极不稳定的状态,增加了旁路开关因瞬时过载而跳闸的可能性,影响了系统的安全性。

高频UPS电源 -性能特点 优异的电气性能  输入谐波电流低:<5%
输出电压精度高:<2%
过载能力强:110~130%的负载可以过载10分钟,130~150%的负载可以过载1分钟
充电电流大:4.5A(每个模块)
支持变频模式50Hz输入、60Hz输出或60Hz输入、50Hz输出
全数字化控制  模块高频机采用TI公司目前最先进的DSP做为中央控制器,其强大的运算能力可以将传统UPS中大部分由硬件完成的控制功能全部由软件替代实现,不仅可靠度和精确度大大提高,并且方便升级与维护。
智能充电方式  模块高频机采用了先进的两段式三阶段充电方法,第一阶段大电流恒流充电,快速回充约90%的电量;第二阶段脉动充电,可以均化电池特性并将电池完全充饱;第三阶段恒压维持,保证电量不损失。这样可以很好的兼顾快速充电与延长电池使用寿命的目标,为用户节省电池开销。
N+X无线并联冗余  采用先进的无线并联控制技术,相比于有线并联减少了单点故障点(稳态工作时即使并联通信线故障也能正常工作),更提高了可靠度。
并机共用电池  模块高频机采用了双电池输入结构和先进的控制策略,并机系统完全共用同一组电池,大大节省了电池的开销。
灵活的系统配置  模块高频机采用模块化设计及易插拔功能,由UPS模块、通讯模块、配电盘以及部分选装件再加上机柜组成。UPS模块及通讯模块可在线更换而不影响其它部分的正常工作,新加入的模块不需要任何校准动作就可以加入系统,扩容和维护都非常方便。用户可以根据需要选择不同的模块数构造10KVA至200KVA之间某一个容量合适的UPS系统,配置非常灵活。对于将来的设备扩容,只需再插入几个UPS模块,就可以轻松完成。如果用户首次装机时将开关与电力线留下裕量,以后当负载量的增加时只要再购买UPS模块就可以将UPS的容量扩充,完全避免了传统UPS首次设备投资过大的缺点,真正做到了“边成长边投资”,为用户节省了宝贵的资金。
最优化的供电系统拓扑  模块高频机融合集中式与分散式供电拓扑的优点,从设计上引入了区域供电的理念。如果在一个大的数据机房内分开几个区域,每个区域配置一套或两套(冗余备份)3A3UPS供电系统,直接放置于该区域负载旁边,通过机柜上的配电盘进行供电。这样,每个区域内是集中供电、集中管理,而区域间是独立开的分散供电,布线也是独立的。3A3UPS这种供电方式具备分散式的“配置灵活、允许逐步投资,不容易产生大面积瘫痪”的优点,也具备集中式的“易于管理”的优点。
人性化的操作介面及完善的电源管理软件
并机系统采用大屏幕中文LCD作为操作介面,操作和信息读取一目了然。搭配最新版的监控软件WINPOWER2003,电源管理变得更加容易。如果选配WEBPOWER、SNMP卡,更能实现远程监控。
极高的系统可用性  如果UPS在冗余两个UPS模组以上,UPS的可用性可达99.999%以上,MTBF(平均无故障时间)长达1500万小时以上。
最少的停机检修时间
如果故障的UPS模块数少于等于冗余的UPS模块数,可以在不影响其它模块工作的情况下在线更换故障的UPS模块,这种情况下停机检修时间为零;如果故障的UPS模块数大于冗余的UPS模块数,由于是采用更换UPS模块的方式进行维护,所以停机检修时间不会超过5分钟。
应用领域
所有机房必备的UPS电源,同时也适用大厦,大型商场的电源保障。
工作模式  1.1+1并联冗余
2.N+X冗余
3.塔式/机架式双安装模式和双输入/双输出、三进三出兼容三进单出
功率范围:1KVA--200KVA

中国科学院计算所、高工。近20多年, 基于对各种UPS和发电机产品进行详尽分析和研究的基础上,参与金融、民航、地铁、石化、光伏和半导体、军用、BAT和电信等行业的大型数据中心机房的一体化供配电系统的设计和规划、数据中心机房的验收与评估、现场故障的分析和排除以及协助设计院完善设计方案等工作,积累了丰富的实际工作经验。自1990年起,先后出版《现代UPS电源及电路图集》等5本UPS专著。90年代、在加拿大的McGill大学和荷兰的Twente大学从事科研工作近4年(合作研究员),并在IEEE、J.M.M.M及台湾的电子月刊等杂志上发表学术论文20多篇。在国内的各种电源杂志上发表论文300多篇。自1994年起,先后在创力公司(台湾)、力博特公司(美)、爱克赛公司(美、即:伊顿公司)和艾默生网络能源公司(美)等公司担任技术总监或高级技术顾问。1988年被授予"政府特别津贴"。

近年来,由于云计算、大数据等技术的发展以及"互联网+"下市场需求的爆发式增长,在数据中心UPS供电系统的建设中,越来越多地应用高频UPS供电方案。而推动这一发展趋势的原因之一就是,高频UPS产品相比较而言,具有效率更高、占地面积更小、重量更轻等优异特性。

不过,客观来讲,多模块型的第一代高频UPS在给用户的应用带来更多全新特性的同时,其技术研发上存在的一些短板,也给用户带来很大困扰,尤其是可靠性不足更成为第一代高频UPS的 "硬伤"。因此,针对第一代高频UPS在运行中面临的突出问题,迫切需要对产品的技术研发、设计理念进行全面的完善,以此满足用户对系统性能越来越高的应用要求。

传统高频UPS迫切需要升级换代

根据实践经验来看,提高数据中心供电系统的可利用率和节能降耗的运行特性,选用具有高可靠性和高效率的UPS产品是其能否成功的关键技术基础。那么,该如何衡量UPS的性能指标?对于这个关键问题,我认为,在IT/网络设备及其所采用的虚拟技术相对固定的条件下,需要从可靠、高效、易维护、易监测,这四个维度来综合判断UPS技术指标的优劣和产品性能的高低。

不可否认的是,在市场的检验下,高频化技术在UPS产品的应用越来越成熟已成为不争的事实。从技术层面而言,第一代高频UPS在提高效率方面,主要采取了两个技术措施,一是以升压型IGBT技术替换损耗较大的变压器,二是利用接触器取代逆变器输出端的SCR型静态开关。

事实证明,基于在技术层面的改进,的确可以通过应用高频UPS产品来提升运行效率,降低供电系统的损耗,从而达到节能降耗的目的。但是,值得注意的是,对于采取升压型的IGBT整流设计的第一代高频UPS而言,在获得效率提升等诸多优点的同时,也付出了故障率相对增高导致可靠性降低、使用寿命相对缩短的代价。究其原因,就是IGBT整流器的抗瞬态高压侵入的保护能力变差以及UPS并机功率模块的数量过多。

需要重点提及的是,由于同一机柜中并机功率模块的数量不断增多,不仅会导致"并机环流"问题更加突出,而且还会使得系统调控难度相对加大。同时,第一代高频UPS还有一个很重要的问题,就是如果电池组"带N线"还会存在更多故障隐患,进一步降低系统的可靠性。

针对第一代高频UPS产品在性能上存在的缺陷,应该采取什么应对策略?我认为,针对这些问题的有效解决方式,就是需要厂商针对第一代高频UPS的短板之处,在技术研发层面上予以针对性改进,促使产品进行升级换代,在"不牺牲可靠性"'的前提下,设计出效率尽可能高的第二代高频机。

多维度对比两代产品的性能优劣

目前,在第二代高频UPS的研发上,艾默生网络能源已经首开先河,以给用户提供更加稳定、可靠和高效的高频UPS产品为出发点,率先在市场上成功推出了Liebert eXL大功率UPS,以针对性的研发设计解决了此前多模块型第一代高频UPS面临的问题,以新理念新技术颠覆了传统高频UPS形态,标志着高频UPS进入了2.0时代。

对于这样一款具有划时代意义的创新产品,需要审慎评估其实际性能。然而,通过在几个关键方面的实际对比,我们不难发现,这款大功率UPS所具备的显著特性。

相比较于第一代高频UPS的多模块设计,Liebert eXL大功率UPS采用了类似于高可靠的工频机的设计方案,即单相功率模组的设计方式,并且在一个系统内配置了三个功率模组,这个全新的设计理念最大的好处之一就是彻底解决了环流问题,环流是0。我认为,这也是第二代高频UPS和第一代高频UPS的一个根本区别。Liebert eXL大功率UPS在设计上的另一个关键点是,完全采用了电池组"不带N线"的电池充/放电设计方案,可以消除掉因电池组"带N线"可能产生的种种故障隐患。

此外,从其他一些设计细节也不难发现Liebert eXL大功率UPS的优势何其鲜明。例如,第一代高频UPS在通风设计上,一般采用前进风后出风的方案,而Liebert eXL大功率UPS采用了前进风上出风方式,这一设计所带来的最大优势,就是使系统可以靠墙部署,能够更高效地利用空间资源,从而为用户节省了机房占用面积。

 

根据对比,我们可以客观地得出结论,同目前市售的多模块型第一代高频UPS以及模块化UPS相比,Liebert? eXL大功率UPS在最大程度提升UPS系统可靠性,确保97%高效率的前提下,还在大幅提高UPS冗余并机供电系统的可利用率、电池组配置的灵活性和设备安装的适应性等方面具有领先的技术优势。