E变换技术加持,构建面向碳中和的高可用数据中心

作者:董培欣   【原创】   2021-06-21 13:21:16

关键字: ups 施耐德电气 E变换

施耐德电气在武汉举办的三相UPS Galaxy V系列产品评测活动中,施耐德电气关键电源业务数据中心科研中心总监林密、三相UPS产品经理连博、首席技术专家石葆春向我们揭示了如何通过Galaxy V系列产品的“E变换”功能,实现数据中心供电的高可用性和低TCO

碳达峰、碳中和,绿色可持续发展已经成为我们的共识。伴随着日益提升的算力需求,数据中心能耗问题也进一步引起人们的重视。数据中心如何才能实现绿色可持续发展?新能源的采用会为数据中心供能带来什么新变化?又将如何去进行应对?日前,施耐德电气在武汉举办的三相UPS Galaxy V系列产品评测活动中,施耐德电气关键电源业务数据中心科研中心总监林密、三相UPS产品经理连博、首席技术专家石葆春向我们揭示了如何通过Galaxy V系列产品的“E变换”功能,实现数据中心供电的高可用性和低TCO。

E变换技术加持,构建面向碳中和的高可用数据中心 

新型电力系统中出现更多比例的可再生能源

当下全球都在倡导低碳、绿色,未来可再生和清洁能源占比会越来越多。我们国家现在的风能、太阳能、水电、核电等可再生及清洁能源占比约占整个国家能源的16%。像石油、煤碳这种不可再生能源为84%。到2025年,我们国家在可再生及清洁能源占比力争要达到25%。未来这个比例可能会越来越高,分布式能源的占比也会越来越大,这会对整个数据中心的设计、架构、以及产品都会有新的要求。

可再生能源主要来自于水能、风能和太阳能,并且主要都是以电能的形式出现。这些能源都很容易受到自然因素的影响,由此而产生出来的电力供应也并不像传统火电电能那样稳定。于是在采用更多来自于电网或本地分布式可再生能源的数据中心中,就会出现一些全新的应用需求,例如储能、峰谷电价差降本功能、增容扛峰等等。

而施耐德电气推出的三相UPS Galaxy V系列产品,具有20-80%的大功率充电能力,兼容锂电池储能、具有峰谷电价差降本功能和增容扛峰功能,能够实现与新型电力系统的互动与兼容。很好地实践了绿色可持续发展的理念,为碳中和做出了贡献。

Galaxy V系列所具备的E变换模式,进一步提升了系统的效率降低TCO,并延缓了部件的疲劳和老化,提升了可用性,为高可用性碳中和的数据中心做出了贡献。

本次主要是对E变换模式进行了功能和参数的测评。

革命性的E变换运行模式

E变换技术是施耐德电气在2012年取得的专利,并在2014年首次应用到Galaxy VM系列产品上,该技术是UPS行业的一个重大革命,突破了传统双变换和ECO旁路运行模式的局限,可以为用户带来多维度的价值。

E变换技术加持,构建面向碳中和的高可用数据中心 

E变换模式工作原理图

E变换技术融合了在线双变换和ECO模式两大模式的优点,既延续了前者的稳定可靠,又兼顾了后者的节能高效,效率更可高达99%,在保证可靠安全的前提下,实现电费节省。

以Galaxy VL 500KW为例,半载下相比传统UPS每年可节约15万度电,相当于减少CO2排放157207公斤。当市电发生故障中断供电时,E变换可以实现0ms切换到逆变器输出,保证供电连续性的无缝衔接,同时也具备全天候的谐波处理能力,输入功率因数0.99,输入电流谐波<3%,避免UPS成为电力污染源。

E变换技术已经应用在Galaxy V系列每一款产品当中,将为客户的业务连续性提供更可靠、更高效的保障。

通过在施耐德电气武汉实验室采用Galaxy VS系列 100kVA UPS主机,进行了E变换模式的功能测试展示中我们可以了解,E变换模式下,逆变器一直处于工作状态,与旁路市电并联,共同支撑负载。最终控制的结果是,旁路市电提供有功功率和基波电流,而逆变器提供无功功率和谐波电流。当旁路市电故障或超出设定允许的窗口范围后,系统会关断旁路可控硅,0ms切换到双变换模式,由逆变器100%的支持负载。

E变换技术加持,构建面向碳中和的高可用数据中心 

E变换模式功能测试示波器图像截图

功能和参数测试记录如下:

1.功率因数校正和谐波电流处理的能力

在60% RCD电子负载下(用UPS模拟严苛的负荷),测得输出功率因数0.7,输出谐波电流91.5%。而输入功率因数0.98,输入谐波电流13.3%。

2.三相负载平衡调整的能力

调整负载使得三相负载不平衡,三相输出电流分别为59.8A,16.6A,61.2A,输入三相电流为49.4A,42.2A,48.0A。

3.切换时间

拉掉开关,模拟市电断电,用示波器捕捉输出电压波形。E变换模式下,逆变器100%支撑负载,不存在切换时间,因此0ms中断。而同样的测试中,ECO旁路模式下,切换时间为5.1ms。

4.效率

除了E变换工作模式以外,Galaxy V系列还具有很多独特的优势。例如,新成员Galaxy VL 采用了模块化设计,使用50 kW功率模块,功率从200 kW可扩展到500 kW。柜体结构设计紧凑占地面积仅为0.8平方米,易于安装、使用和维护。此外,Galaxy VL系列在逆变器设计上也采用了新型的混合三电平逆变器技术,在采用普通IGBT器件时,逆变效率可达97.5%。同时IGBT承压降低到400V,提高了器件的可用性。

最值得一提的是,Galaxy VL系列具有开创性意义的Live Swap(在线插拔),采用防触控安全设计以及物理分隔,使得电弧能量低于1.2cal/cm2。并已经获得全球权威的UL第三方测试认证,可以真正确保电气安全、人身安全和便捷维护兼得。

新发布的Galaxy VL系列吸收了模块化UPS设计理念和负载均衡的技术。一个模块50kw,3U,重33kg,并机模式下,以模块为单位均衡负载;当一个模块失效时,可以由其他功率模块均分负荷,系统更可靠。轻巧的尺寸设计,规格200-500kVA的外形尺寸宽*深*高 850mm*925mm*2055mm,占地面积仅为0.8m2,可以节省安装空间,为配电规划提供更多选择。

更好地与电网匹配、更高的效率、更长的设计使用寿命以及更小的尺寸设计,使得Galaxy VL系列UPS不但可以满足现有电网的使用需求,更可以在不远的将来,为绿色清洁能源的广泛采用提供可靠的支持。此外当Galaxy V系列UPS与施耐德电气通过UL9540A标准认证的(用来评估电池储能系统大规模热失控火蔓延情况的测试方法,受到相关部门的广泛认可,也是美国权威的行业规范。)锂电池柜相结合后,更可以为用户提供出可用性更高、TCO更低、占地更少、更清洁环保、使用寿命更长的UPS供配电系统,充分满足未来绿色数据中心建设中的供电需求。

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