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MAVOSYS10系列在线电能质量分析仪保障数据中心UPS系统安全稳定运行

MAVOSYS10系列在线电能质量分析仪保障数据中心UPS系统安全稳定运行。UPS即不间断供电系统(Uninterruptible Power System),是一种含有储能装置的不间断电源。作为后备能量,在市电断电或发生异常等电网故障时,不间断地为用户设备提供(交流)电能的一种能量转换装置。UPS的安全稳定运行对于数据中心供电系统的具有核心的意义。
典型的UPS系统的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器,以及把直流电再变为交流电的逆变器,电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上,一旦市电供电中断时,蓄电池马上对逆变器供电以保证UPS电源交流输出电压。
根据GB7260-2003《不间断电源设备 第3部分:确定性能的方法和试验要求》(等同IEC62040)的定义,将UPS运行分为:双变换运行、互动运行、后备运行等三类运行方式,即UPS行业广为熟悉的双变换UPS、互动UPS、后备UPS等三种。
在线电能质量分析仪
 
后备式UPS
后备式UPS通常称为“离线UPS”,功率变换主回路的构成比较简单。市电正常时,UPS只是将输入电源过滤后输出,同时通过充电器为电池充电。当电池充满时,充电回路停止工作,UPS的逆变电路不工作。当市电发生故障,UPS切换为电池和逆变器电路供电;只有在交流电源中断后,逆变电路才开始工作,后备电池才放电,在一定时间内维持UPS的输出。主要由充电器,逆变器,输出转换开关和自动电压调压等部分构成。
后备式UPS 离线UPS
后备式UPS系统电路简单,成本低,可靠性高。但也存在以下缺点:当市电正常且输出带载时,输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流。市电掉电时,输出有转换时间,一般可做到4-10ms左右,足以满足普通负载要求;但对于服务器等用电设备存在一定的风险。
 
互动式UPS
互动式UPS指逆变器并联连接在市电与负载之间,起后备电源作用,同时逆变器作为充电器给蓄电池充电。通过逆变器的可逆运行方式,与市电相互作用。在市电正常时,负载由经改良后的市电供电,同时逆变器作为充电器给蓄电池充电,此时逆变器起AC/DC变换器的作用;而当市电故障时,负载完全由逆变器供电,此时,逆变器起DC/AC变换器的作用。
互动式UPS
在线互动式UPS结构较简单、实施方便、便于维护和维修、效率高、运行费用低、整机可靠性高等优点,性能满足某些负载要求,特别适用于网络中某些计算机设备采用分布式供电的系统。但是同样存在是稳压性能不高,尤其动态响应速度低,其次抗干扰能力不强,电路会产生谐波干扰和调制干扰。
 
双变换式UPS
双变换式UPS指逆变器串联连接在交流输入与负载之间,电源通过逆变器连续地向负载供电。这种种UPS供电方式如下:市电正常供电时,交流输入经AC/DC变换100%转换成直流,一方面给蓄电池充电,另一方面给逆变器供电;逆变器自始至终都处于工作状态,将直流电压经DC/AC逆变成交流电压给用电设备供电。
双变换式UPS
双变换式UPS由于采用了AC/DC、DC/AC双变换设计,可完全消除来自于市电电网的任何电压波动、波形畸变、频率波动及干扰产生的任何影响。而且在市电掉电时,输出电压不受任何影响,没有转换时间,是典型的在线式UPS功能。但其不足便是整机效率不高;整流器在工作时会引起输入电源质量变差,因此需要采取谐波监测和治理方案。
 
拥有UPS系统,并不意味着它能够有效保护数据中心用电设备。UPS系统虽然可以满足临时用电的需求,但是UPS同样存在局限性,例如仅靠UPS系统无法准确得知供电质量状况,以及自身的缺陷也会给数据中心供电带来隐患。UPS系统还面临着很多无法解决的问题:高对地电流、感应干扰噪声、系统谐波、不平衡、低功率因数、易受雷电干扰、射频干扰及电磁兼容性等。

银行数据中心UPS失效典型案例

位于纽约市的德意志银行数据中心,安装使用了德国GMC-I集团的UPS监控系统ENCORE(MAVOSYS 10)。该数据中心选用了由主流厂商提供的三个关键的UPS 系统,两个静态UPS 系统正常使用,一个备用。UPS 的输入与输出纳入监测。
2月13日午夜过后不久,发生了3.3 秒源自外部电网的电压跌落。跌落的幅度达到额定电压480V 的75%,造成了高层建筑电梯控制器的损坏。虽然关键系统没有受到明显的影响,但进一步的调查表明情况并非如此。ENCORE(MAVOSYS 10)系统拥有一个具有UPS 的性能验证功能的专家应答模块。该模块基于以下简单的原理:由于动力供应的问题引发的电能质量事件发生在UPS 输入端,不应该在输出端出现。当事件在输入端出现时,应答模块在监控数据库中搜索输出事件。如果存在,报告UPS 故障。因为他没有减少输入侧的电源异常。
银行数据中心UPS失效案例
在这种情况下,无论是UPS 或是关键系统都没有任何报警,但是ENCORE(MAVOSYS 10) 系列UPS 性能验证报告显示其中一个UPS 发生了电压聚升,与跌落电压恢复常态的曲线一致。市电瞬间掉电3.3s,UPS供电在市电恢复瞬间UPS输出出现骤升,期间峰值电压达到520V,是额定电压的107%!电压过限可能损坏计算机和能源供应,进一步导致关键系统故障。
UPS 发生了电压聚升
未雨绸缪,这种潜在的严重问题在系统出现故障或停机之前及时发现。通过联系UPS服务商后确认,UPS 控制面板存在问题并进行了维护更换,问题解决。如果ENCORE(MAVOSYS 10)系统没有主动发现问题,该UPS 系统可能发生灾难性的故障并导致停机,造成银行的重大财务损失。
 

MAVOSYS10系列在线电能质量分析仪

银行数据中心在线电能质量分析仪
MAVOSYS 10系列在线电能质量分析仪针对UPS运行状态进行监控:
UPS运行状态监控:■ 自动比较输入和输出侧数据,以验证用户的UPS正常工作
 
UPS输出监测
■ 独具交叉触发功能,帮助准确判断UPS是否提供高质量的电力输出
■ 对比UPS输入侧和输出侧,判断UPS系统能效
■ 标记UPS无法获取的电网扰动
 
UPS对供电上游的谐波影响
■ UPS前端通常由AC-DC整流单元组成
■ 引起谐波影响上游设备(变压器等)
■ UPS自身无法具备修复谐波带来的问题
UPS对供电上游的谐波影响
文章来源于德国GMC-I测试仪器MAVOSYS10系列在线电能质量分析仪保障数据中心UPS系统安全稳定运行
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