蓄電池在UPS系統(tǒng)中高功率型的選擇
2016-06-28
UPS(Uninterruptible Power System)系統(tǒng),即不間斷電源系統(tǒng),串聯(lián)于交流基礎(chǔ)電源與受電設(shè)備之間,在市電停電后,可繼續(xù)為設(shè)備供電一段時間,同時**市電上的電涌、瞬間過電壓、欠電壓和頻率偏移等“電源污染”對受電系統(tǒng)的影響,提高供電質(zhì)量。
蓄電池組是UPS系統(tǒng)中的一個重要組成部分,它的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個UPS系統(tǒng)的可靠程度,而且又是整個UPS系統(tǒng)中平均無故障時間*短的一種器件。因此,蓄電池組的選擇直接影響到UPS系統(tǒng)的可靠性。
1 UPS系統(tǒng)的蓄電池發(fā)展趨勢
從UPS的運(yùn)用環(huán)境上看,大功率UPS產(chǎn)品主要應(yīng)用在電信、工業(yè)、金融、政府等行業(yè)及航空航天等大型數(shù)據(jù)中心。在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中,蓄電池的發(fā)展有以下幾個特點(diǎn):
(1)備電時間短
蓄電池的作用在于:當(dāng)市電出現(xiàn)故障后,油機(jī)起動和切換的時間內(nèi)支持UPS繼續(xù)向負(fù)載供電。但是,由于柴油發(fā)電機(jī)的起動時間一般在10～15s內(nèi),而電網(wǎng)向油機(jī)切換時間僅有幾百毫秒，所以蓄電池的備電時間很短，但考慮到大電流放電的電池容量利用率低，因此，備電時間5～15min*足夠了。
(2)高功率
從市場情況看,2012年開始,100kVA、120kVA、200kVA、400kVA等大功率的UPS產(chǎn)品取得了快速增長,大功率產(chǎn)品已超過中小功率的市場份額。由于大功率UPS產(chǎn)品逐漸成為市場的主流,而且備電時間逐漸縮短,因此蓄電池的放電功率也逐漸提高。
2 蓄電池選型--恒功率法
(1)恒功率計算方法
蓄電池是通過UPS的逆變器向負(fù)載放電,由于UPS向負(fù)載供電功率是恒定的,所以電池也是恒功率放電。對于UPS選擇電池,其主機(jī)容量、蓄電池功率、備電時間、電池容量等都是重要的參數(shù)。因此,UPS系統(tǒng)中后備電源選型方法中*普遍的方法是恒功率法。
恒功率P(nc)計算公式為
式中,P(VA)—UPS標(biāo)稱容量(VA);
PF—UPS負(fù)載功率因數(shù);
η—逆變器轉(zhuǎn)換效率;
n—機(jī)器配置的電池數(shù)量;
N—單體電池數(shù)量。
根據(jù)廠家恒功率放電數(shù)據(jù)表中選擇合適的產(chǎn)品規(guī)格。
(2)電池選型計算舉例
例如:UPS功率為P(VA)=80kVA,電池后備時間為15min,負(fù)載功率因數(shù)PF=0.9,逆變器轉(zhuǎn)換效率η=0.94,放電終止電壓為1.67V/單格;UPS直流電壓為384V,N=384/12=32只,n=6(電池單格數(shù)),則
因此,直流380V、80kVA的UPS系統(tǒng),備電時間為15min,應(yīng)當(dāng)選擇一組32只12VHRL-400電池即可。
3 高功率型電池的優(yōu)勢
(1)高功率密度
目前,大多數(shù)UPS設(shè)備的功率逐漸提升,這也導(dǎo)致了設(shè)備的平均單機(jī)功率密度增加。據(jù)ASHRAE2預(yù)測,2014年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心平均單機(jī)功率密度大約為3.7kW,而全球數(shù)據(jù)中單機(jī)柜功率密度大約6.5kW。UPS系統(tǒng)的功率密度的提升加重了系統(tǒng)的冷卻性能和電池的功率性能的負(fù)擔(dān),蓄電池功率提升也為了適應(yīng)當(dāng)今UPS系統(tǒng)功率不斷提升的需要,因此,高功率型蓄電池將成為未來UPS系統(tǒng)后備電源的必然選擇。
例如,放電條件:15min備電時間,放電至終止電壓為1.67(V/單格)。艾亞特功率型電池(相同標(biāo)稱容量)的功率性能*由310(W/只)提升到400(W/只),電池的功率上升幅度達(dá)到27%,大幅提升了蓄電池的恒功率的放電性能。
(2)節(jié)省空間/成本
數(shù)據(jù)中心的持續(xù)增加,促進(jìn)了UPS市場的積*增長,這當(dāng)然也包括了蓄電池。然而,由于建設(shè)的成本不斷推高,對于需要占有大量空間的后備電源來說,使用高功率電池可以減少電池使用數(shù)量,從而節(jié)省更多空間。另外,當(dāng)電池的功率性能提升時,那么其功率的單價則將大幅減少,降低電池采購成本。
?、俟?jié)省空間
后備電源往往需要占用大量空間,而目前的大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本大約為每平方米2～3萬元,電池占用空間節(jié)省,顯然其節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。
例如,根據(jù)公式處理所得
當(dāng)恒功率性能提升27%時,那么其實際需要使用的數(shù)量將相應(yīng)地減少21%,這*大大減少了電池所需占用的空間,從而節(jié)約電池采購成本以及空間成本。
②節(jié)省成本
電池成本如果按照容量計算,對于容量相同的電池,這樣并不能體現(xiàn)高功率型電池價格的優(yōu)勢。另外,現(xiàn)在電池的選擇方式逐漸以恒功率法的選擇方式為主。因此,電池的單價應(yīng)該以功率的價格計算為主(元/瓦)。
例如:
式中,M電池—電池的價格(元);
P15min—15min的額定容量(W);
m單價—電池單價(元/瓦);
單個電池的功率提升時,其電池的單價也將相
應(yīng)減少,因此高功率型電池單價(元/瓦)將有較大幅
度地下降,從而也節(jié)省了電池采購成本。
(3)高可靠性/長壽命
隨著UPS系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步,不論是普通型UPS還是大型數(shù)據(jù)中心的UPS系統(tǒng)對蓄電池的可靠性和使用壽命的要求也越來越高。因此,針對上述情況,國內(nèi)外廠家也加大了研發(fā)力度。因此,不僅提升了蓄電池的功率性能,而且還提升了高功率型電池的可靠性和使用壽命。
(4)節(jié)能減排
下一代綠色數(shù)據(jù)中心將力求實現(xiàn)“節(jié)能環(huán)保,綠色低碳”,并大力提倡全生命周期低碳運(yùn)營的思想,涵蓋規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備材料選型、建設(shè)實施、運(yùn)維管理各個環(huán)節(jié),從技術(shù)和管理上綜合開展節(jié)能減排工作。
選擇高功率型電池,其蓄電池使用的數(shù)量與相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心蓄電池占用空間減少,也使得電池維護(hù)成本降低;同時,蓄電池充電時產(chǎn)生的熱量也隨之減少,這對數(shù)據(jù)中心中空調(diào)運(yùn)行的數(shù)量及其空調(diào)運(yùn)行所需的電量也將大幅降低。由于建設(shè)用地、電池維護(hù)、空調(diào)運(yùn)行等方面的實際需求量減少后,這樣*使整個數(shù)據(jù)中心更好地達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo),真正地實現(xiàn)了“低碳、綠色”。
4 結(jié)束語
當(dāng)前,國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)逐漸上升為**戰(zhàn)略,大型數(shù)據(jù)中心的使用數(shù)量逐漸增多,使得UPS系統(tǒng)的使用將會越來越廣泛,依據(jù)電池的恒功率放電性能也將成為主要的選擇方式。另外,高功率電池具有高功率、高可靠性以及節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn),使得高功率型電池必將成為未來UPS系統(tǒng)中后備電源選擇的主要方案。