前不久,在“思无界·设享未来——维谛技术(Vertiv,NYSE:VRT)2020设计院高峰论坛”上,中国科学院计算所高级工程师李成章、维谛技术(Vertiv)中国区ACP解决方案部总经理李旭,全面解析了传统高频UPS可靠性和能效的瓶颈,并分享了云中心UPS供电系统的创新方案。

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传统高频UPS面临哪些实际痛点

近年来,由于云计算大数据等技术的发展,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产品具有效率更高、占地面积更小、重量更轻等优异特性。不过,高频UPS在具备性能优势的同时,传统方案技术研发上也存在的一些短板。

李成章介绍,从技术层面而言,传统高频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。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。

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中国科学院计算所高级工程师 李成章

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,以及输入功率因数为电容性。由于抗瞬态输入过压保护能力较差,容易导致UPS出现无故障先兆的突发性事故;而输入功率因数为电容性,则容易导致柴油发电机出现输出电压异常升高,带来自动关机等隐患。

李成章同时强调,UPS并机功率模块数量过多还会导致“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,传统高频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。

针对如何突破传统高频UPS的弊端,李成章表示,新一代增强型高频UPS通过配置抗瞬态输入过压保护部件,消除UPS输出闪断/停电等故障隐患;配置防误关闭整流器保护功能,消除电池异常放电故障隐患;输入功率因数为电感性,有利于消除发电机的输出电压异常升高等故障隐患。基于在技术层面上的针对性改进,相比较而言,新一代增强型高频UPS拥有更高的可靠性、更佳的可维护性、更高的效率以及更强的带载适应能力。

创新方案匹配最佳供电颗粒度

事实上,在新一代增强型高频UPS的研发上,维谛技术(Vertiv)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,在市场上成功推出了Vertiv Liebert® eXL系列大功率UPS,以针对性的研发设计解决了传统高频UPS面临的各种问题。

不久前,由中国电子节能技术协会和国家节能中心指导、数据中心节能技术委员会主办的“2020中国数据中心市场年会(第十届)”上,Vertiv Liebert®eXL S1系列高频一体化大功率UPS,便凭借创新的研发设计荣膺“云计算中心科技奖卓越奖——技术开发类卓越奖”殊荣,充分证明了这款产品在实际应用中的出色性能、节能创新获得了行业的高度认可。

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李旭介绍说,Liebert® eXL系列大功率UPS采用了大容量一体化功率单元以及单相400KVA独立体系设计,A、B、C三相模组互相独立的,相互之间没有任何影响,可以最大限度保证基因上的可靠性,而且独立风道的设计更进一步提升了系统可靠性。从整体可维护性的角度来说,Liebert® eXL系列大功率UPS采用的是模组化设计,任何一个点出现故障,可以快速标准化地进行模组化的维修维护。

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维谛技术(Vertiv)中国区ACP解决方案部总经理 李旭

在运行效率上,Liebert® eXL系列大功率UPS的整流器和逆变器都采用三电平技术,双变换模式效率高达97%,并可通过智能并联提升轻载下的效率;而且在最新推出的动态在线模式中,该设备能提供高达99%的运行效率。同时,这款产品基于创新的输入功率因数调控技术和配置抗瞬态输入过压组件,有效解决了传统高频UPS面临的实际痛点。

值得一提的是,基于创新的研发设计,Liebert® eXL系列大功率UPS 400kVA的一体化模组也匹配了数据中心供电系统的最优颗粒度。李旭表示,云数据中心在供配电系统建设上受限于多种因素,比如服务器机柜的数量、建筑的数量等等,而最重要的是受限于变压器系统。根据实践来看,2.4MVA是最为适合大型云数据中心的供电颗粒度。

李旭指出,传统UPS方案在匹配供电最佳颗粒度上面临着很多挑战,比如,统并联台数增加导致的可靠性下降,供配电系统占地面积增加挤占主设备规划空间,单场地上百台UPS导致运维成本与运维难度增大,与配电系统预制化集成困难、现场施工工期长等等。

相比于“4*600K并机+铅酸蓄电池+双变换在线”的传统方案,维谛技术(Vertiv)推荐“2*1200K并机+锂电池+动态在线”的创新方案。在设备同样提供5年质保的使用场景下,采用1.2MVA锂电池创新方案,UPS主机及输入输出配电CAPAX下降13%,含锂电池总体CAPAX可维持不变,并且可节省56% UPS及低压配电占地面积,IT机柜出柜率提升8%。同时,方案采用高可靠锂电池系统,对比铅酸电池会节省近70%的电池间占地面积,而且维谛技术(Vertiv)针对锂电池系统特别采用了底层“芯”级保护、被动快速防护、主动脱离的“三维立体保护”设计,确保锂电池应用的实现更高的安全性及可靠性。

匹配供电最佳颗粒度的创新方案另一个显著优势,是动态在线模式替换了双边换模式。动态在线就是将市电和逆变进行有机结合,99%的能量是市电提供,逆变是补偿关键1%的电网波动和负载谐波,能够极大降低UPS能耗,大幅降低运营成本。如果一套系统在十年时间采用这种模式,节省的电费可以购买1.5套相同UPS系统。

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李旭最后强调,针对大型云数据中心建设,维谛技术(Vertiv)基于Liebert® eXL系列大功率UPS的最佳供电颗粒度创新方案,能够在投资成本、占地、运营成本三个重要维度为客户提供可量化的应用价值。

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