据有关部门统计,通信行业每年消耗200亿度以上的电能;各种能耗费用超过100亿元人民币;耗电总量在各行业中排名第14,随着业务的不断增长,以上数据还在逐年增加。面对激烈的竞争,能耗成本对通信企业的压力也越来越大。因此,中国电信2008年提出万元业务收入能耗同比下降3%以上的节能减排宏观控制目标,中国移动也要求能耗三年降低40%。
要实现以上节能目标,在各个环节的能耗控制上就显得非常必要。众所周知,通信行业的中小信息机房数量众多,UPS作为重要的不间断电源保障,在这些机房中是必不可少的设备。因此,针对UPS的节能环保措施就显得意义重大。
1 通信机房用绿色节能UPS应具备的特点
1.1 UPS的整机效率高
UPS转换效率的高低,直接决定用户要为UPS支付多少电费。但是,因为UPS转换效率与负载量相关,一般来讲,满载时UPS效率最高。而在实际应用中,大多数用户的负载量都小于50%,负载量低于30%的情况也非常多，因此低负载量时的效率高低,更能体现出节能的意义。UPS 24小时不间断工作，若转换效率提升一个百分点，对UPS设备众多的通信客户来讲，其节省下的电费是相当可观的。
1.2 UPS输入功率因数高,输入电流谐波小
输入功率因数越高，表明UPS对市电的利用率越高，即无功功率消耗越低;输入电流谐波越小，则UPS对市电的污染越小，谐波损耗的能量越小。
这是因为对市电来说,UPS是一个整流性负载,会产生谐波污染及无功功率消耗。
(1)无功功率消耗太大,会增大UPS上端输配电设备投资,即线径、空开容量需增大,还会增大线路损耗等。因此电力部门一般会要求用电设备的功率因数不能低于0.92(例如广东地区),否则,用户会被罚款。
(2)电力谐波的主要危害有:
①引起串联谐振及并联谐振,放大谐波,造成危险的过电压或过电流;
②产生谐波损耗,使发、变电和用电设备效率降低;
③加速电气设备绝缘老化,使其容易击穿,从而缩短使用寿命;
④使设备(如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等)运转不正常或不能正确操作;
⑤干扰通讯系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正确传递,甚至损坏通信设备。
因此,UPS产生的谐波应该符合环保要求。一般当UPS的输入PF≥0.99,THDI≤5%时,对市电的污染基本上可以忽略。
1.3 UPS可扩容性强
对通信机房来讲,信息设备是随着服务量的增加而逐步投入的。因此,对于UPS而言,其负载量会逐渐增加,这就要求UPS在一定范围内可以根据负载量的增加而增容。对用户来讲:
(1)用户可按需配置UPS容量,使UPS处于较高效率的功率段,节省电能消耗,避免了不必要的UPS容量浪费。使用者选用UPS时,往往会考虑到容量增大的需要,在先期投入时,选用的UPS容量较大,但电信业务是缓慢增长的,这就造成一定时期内,UPS负载量相对较低,导致低负载量时UPS效率低下,损耗增大。同时,一部分UPS容量资源也被白白浪费。
(2)若UPS容量不够,按传统解决方案,则必须采购新的UPS,不但造成重复投资,而且浪费宝贵的机房空间。因此,UPS的可扩容性是绿色UPS解决方案的一个重要因素。
1.4 UPS具有高可用性
高可用性反映了UPS的可靠性和可维护性方面的指标。绿色节能不能以牺牲供电可靠性为代价,因此,设备的可用性也列为通信用绿色节能UPS特点之一。
可用性越高,负载不间断运行越能得到保障。提高可用性可从三个方面考虑:
(1)提高系统自身的可靠性,即平均无故障时间越长越好。但平均无故障时间再长,也不能保证UPS设备不出故障。
(2)采取冗余的方法,即一个UPS设备损坏,可由另一UPS设备来替代。
(3)故障的UPS设备要在最短的时间内维修好，即平均维修时间要短。具体应该具备:UPS系统本身可靠性要高;采用模块化设计，最大程度缩小维修时间。UPS供电系统自身要具有冗余功能，即某部分故障，有冗余替代，不影响系统正常工作。
1.5 UPS要绿色环保
生产、制造过程的绿色化,符合RoHS指令。通信行业的绿色、节能实现的企业自身的降耗,同时也应该以保护环境,以人类健康为己任。
铅是重金属,在电子设备的生产制造过程中,会产生重金属污染,会污染环境,影响工作人员的身体健康。因此,为了避免电子设备生产制造过程中的重金属污染,生产过程应该导入无铅制程,欧盟已经要求进口产品必须符合RoSH标准。
综上所述,绿色UPS供电系统应该是节能的、高可用的、环保的不间断动力解决方案。
2 切实可行的UPS解决方案
为了满足通信机房用户对绿色不间断动力解决方案的需求,就要有切实可行的UPS解决方案。
2.1 在低负载量时的转换效率依然很高
UPS采用IGBT整流技术和三级逆变器设计,极大地提高整机转换效率。某型号UPS 20kVA模块的效率曲线如图1所示。
从图中可以看到,当负载量不到2kW,即额定功率10%左右时,其转换效率就达到了90%;随着负载量增大到30%时,效率达到了94%以上;以后负载量进一步增大时,效率甚至达到了95%。因此,此型号UPS无论满载还是轻载,其效率都非常高,长期使用,可以为用户节省大量的电费。
2.2 UPS输入功率因数高,输入电流谐波小
该品牌UPS采用了IGBT整流设计,采用数字信号处理器(Duble-DSP)及空间矢量脉波宽度调制(SVPWM)等技术,使得输入THDI可以做到≤5%,PF≥0.99。很好地解决了UPS对市电谐波污染的问题。图2为输出电流谐波实测波形。
2.3 可扩容性好
该品牌UPS采用模块化设计理念，一台UPS可由一个到多个功率模块组成，每个功率模块为20kVA，用户只需根据目前的负载情况和以后的负载增加情况，选择适当容量的UPS，等到负载增加后，用户只需增加功率模块，即可方便地增加UPS的容量，而无需新增一台UPS。这样可大幅度节省用户投资和减少机房占地面积。更重要的是，能使UPS处于适当的负载状态，始终使UPS处于较高转换效率下工作，达到最大化的节能，如图3所示。
2.4 高可用性高
(1)由于该型号UPS采用了模块化设计,故当UPS损坏时,只需将损坏的UPS模块撤下来即可,极大地缩短了UPS查找故障的时间和维修时间。每个功率模块只有25kg,客户自己就可以更换。
(2)机中整流器和逆变器、监控模块都采用独立的DSP来控制,极大地简化了电路设计,减少零部件,提高了系统可靠性。
(3)辅助电源电路和静态开关控制电路都采用冗余设计,即辅助电源和静态开关都设计为两路,互为备份,可保证系统长期稳定可靠运行。
(4)可以记录500笔事件数据,即使断电,也不会丢失,方便用户查找故障原因。
(5)具备维护旁路开关,具有电子式保护功能,即使误操作,UPS也不会损坏。
(6)具备可管理性、超大屏幕、强大的监控功能,两个独立的SNMP插槽、RS232、干接点等。
2.5 生产、制造过程的绿色化
该型号UPS早在2006年就开始进行RoHS制程改造,产品符合RoHS规定。
3 结束语
综上所述,此品牌UPS完全符合绿色环保需求,为通信行业客户提供了真正的绿色UPS解决方案。相信随着绿色动力解决方案的不断普及,会为客户带来更多的价值提升,同时也会为通信企业的环保节能目标的实现贡献力量。