淺談電量傳感器在數(shù)據(jù)中心不間斷電源中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2020-01-13   來源:中國(guó)電力網(wǎng)  作者:周志健 李?,?

  隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的快速發(fā)展,云計(jì)算,云存儲(chǔ),大數(shù)據(jù)等相關(guān)新型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)模與日俱增,數(shù)據(jù)中心進(jìn)入規(guī)?;ㄔO(shè)階段。數(shù)據(jù)中心巨大規(guī)模的建設(shè)與應(yīng)用,導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心對(duì)供電需求快速增長(zhǎng),根據(jù)ICT Research 機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),2016年的中國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量已逾1000億千瓦時(shí),相當(dāng)于三峽水電站年發(fā)電總量。于此同時(shí),全球數(shù)據(jù)中心用電量也已超過10000億千瓦時(shí)。據(jù)美國(guó)媒體調(diào)查,全球各大網(wǎng)站僅數(shù)據(jù)中心的用電功率,就相當(dāng)于30個(gè)核電站的供電功率,巨大的用電容量給數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)都帶來了全新的挑戰(zhàn)。

  目前在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)過程中,由于電力故障,設(shè)備故障,雷擊事件等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)中心用電安全事故時(shí)有發(fā)生。事實(shí)上,數(shù)據(jù)中心的用電故障帶來的損失不僅僅是數(shù)百上千萬美元的直接經(jīng)濟(jì)損失,對(duì)于眾多國(guó)際知名品牌與上市公司來說,品牌和股價(jià)等隱形價(jià)值的負(fù)面影響難以估量。

  隨著新型功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展,新型電力電子電能變化拓?fù)涞陌l(fā)明與應(yīng)用,以及現(xiàn)代控制理論與數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心不間斷供電技術(shù)得到了顯著的提升,對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性,成本與技能,配置靈活性和可擴(kuò)展性等提供了有效的技術(shù)支撐。

  大型數(shù)據(jù)中心供電的任何故障都可能給業(yè)主和客戶帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失或者災(zāi)難性的后果。因此,數(shù)據(jù)中心能否可靠運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵之一是IT設(shè)備的不間斷供電。在保證不間斷供電的前提下,不斷提升不間斷供電架構(gòu)的可靠性,是數(shù)據(jù)中心用戶一直以來的核心需求。

  通常數(shù)據(jù)中心不間斷供電系統(tǒng)一般包括高壓配電系統(tǒng),變壓器,柴油發(fā)電機(jī)組,低壓配電系統(tǒng),防雷器,UPS,電池組,列頭柜,機(jī)架分配單元(PDU),連接器等組成環(huán)節(jié)。其中UPS作為不間斷供電系統(tǒng)的核心部件,起到舉足輕重的作用。為了使不間斷供電系統(tǒng)始終保持高效的運(yùn)作,在特定環(huán)境下,選擇雙轉(zhuǎn)換在線式可能更為合適。特別是在 AC 電源高度失真和/或具有極大電壓變化的地理區(qū)域,雙轉(zhuǎn)換在線式 UPS 無需頻繁轉(zhuǎn)換到電池供電即可維持正常輸出。較低的電池使用率可以保存電池容量以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的斷電事故,并延長(zhǎng)電池使用壽命。此外,降低電池更換成本可以抵消在線互動(dòng)式 UPS 低初始成本和低運(yùn)營(yíng)成本的優(yōu)勢(shì)。在某些特殊的情況下可能需要使用雙轉(zhuǎn)換在線式 UPS,比如對(duì)于某些醫(yī)療設(shè)備或儀器,需要進(jìn)行功率因數(shù)校正(PFC)、要求較小的物理尺寸或需要進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換等等。前文提到的高效包括:

  ? 轉(zhuǎn)換效率高(Po/Pin>96%)

  ? 輸入電流波形的正弦波畸變率?。?lt;5%)

  ? 優(yōu)異的動(dòng)態(tài)負(fù)載跟隨相應(yīng)

  ? N+X的冗余工作模式

  為使UPS工作在上述的高效模式,這其中離不開電量傳感器對(duì)一些關(guān)鍵位置的電壓和電流信息的量測(cè)。

  通常情況下,一個(gè)典型的雙變換在線式UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下:

  正如其名稱所示,雙轉(zhuǎn)換在線式 UPS 會(huì)進(jìn)行兩次電源轉(zhuǎn)換。首先,將 AC 輸入(包括所有電壓尖峰脈沖、失真和其他異常)轉(zhuǎn)換為 DC。然后,在 UPS 的精密調(diào)控下將 DC 重新轉(zhuǎn)換為 AC。這種 AC 輸出甚至可以具有與AC 輸入不同的頻率。在存在 AC 輸入時(shí),為負(fù)載設(shè)備提供的所有電源都經(jīng)過這種雙轉(zhuǎn)換過程。當(dāng) AC 輸入超出指定范圍時(shí),UPS 會(huì)從電池獲取電能,這樣 UPS 輸出就不會(huì)受到影響。在大多數(shù)雙轉(zhuǎn)換在線式設(shè)計(jì)方案中,這種發(fā)生在 UPS 內(nèi)部的 AC 輸入和電池之間的轉(zhuǎn)換需要數(shù)毫秒的時(shí)間。同樣,在這些轉(zhuǎn)換過程中,也是由“DC 鏈路”(請(qǐng)參考上圖)中的電容將存儲(chǔ)的能量提供給逆變器。因此,即使進(jìn)入“DC 鏈路”的電源出現(xiàn)短暫中斷,UPS 輸出電壓也不會(huì)受到影響,可以持續(xù)供電。

  在上述電能轉(zhuǎn)換過程中,在AC輸入和DC 鏈路以及最后的AC輸出等諸多環(huán)節(jié)上都會(huì)需要電量傳感器去監(jiān)測(cè)輸入輸出的電壓或者電流,主要因素如下:

  1. 根據(jù)監(jiān)測(cè)的電壓值或者電流值去判斷當(dāng)前電網(wǎng)或者負(fù)載的狀態(tài)然后決定UPS需要哪種模式工作

  2. 根據(jù)監(jiān)測(cè)的電壓值或者電流值去進(jìn)行精準(zhǔn)的閉環(huán)控制,以滿足苛刻負(fù)載的要求。

  另外,需要特別注意的是,在UPS AC輸入和AC輸出端,針對(duì)于電流傳感器的選型需要根據(jù)不同的應(yīng)用特性加以區(qū)分。

  用在UPS AC輸入端的電流傳感器在選型時(shí)主要依照原邊電流為正弦波去考慮,再按照設(shè)計(jì)的過載系數(shù)和紋波系數(shù)去確定電流傳感器的最大可量測(cè)峰值范圍即可。

  用于UPS AC 輸出端的電流傳感器在選型時(shí)需要關(guān)注到UPS帶非線性負(fù)載的另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)—諧波因子(CF=Crest Factor),通常UPS的CF值范圍選取根據(jù)不同的負(fù)載選擇也有所不同,通常會(huì)設(shè)定在2.1-3.0之間,因此在選擇電流傳感器的可量測(cè)范圍時(shí)需要特別注意到這一點(diǎn),否則就會(huì)導(dǎo)致因采樣量程不夠而造成控制上的盲區(qū)使得最終UPS AC輸出電壓發(fā)生畸變。

  還有一點(diǎn)需要注意的是:通常作為電壓源輸出的UPS設(shè)備都會(huì)具備抗瞬時(shí)的輸出短路能力,這需要UPS的控制單元能夠?qū)敵鲭娏鞯臋z測(cè)做出快速響應(yīng),因此作為檢測(cè)環(huán)節(jié)的電流傳感器,對(duì)于響應(yīng)時(shí)間的參數(shù)要求,也應(yīng)當(dāng)在考慮范圍之內(nèi),否則就可能造成保護(hù)的延遲失調(diào)。

  所以,選擇一款合適的電量傳感器對(duì)于數(shù)據(jù)中心不間斷電源的整體性能提升至關(guān)重要,從而保證設(shè)備的高效運(yùn)行。

      關(guān)鍵詞: 萊姆電子,傳感器,不間斷電源

稿件媒體合作

  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 電話:010-58689070

廣告項(xiàng)目咨詢

  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 電話:400-007-1585

投訴監(jiān)管

  • 我們竭誠(chéng)為您服務(wù)!
  • 電話:010-63415486