Технологии

Адаптивная система управления модулями - Variable Module Management System (VMMS)

Новая технология, разработанная компанией Eaton, предназначена для оптимизации работы модульных ИБП и повышения их КПД в режиме двойного преобразования при малых нагрузках. Как правило, в реальных условиях ИБП часто работает с неполной нагрузкой, при этом ИБП не может достичь оптимального КПД. В некоторых параллельных системах из нескольких ИБП при низком уровне нагрузки система управления повышает процент загрузки ИБП, временно выключая из работы часть силовых модулей и переводя их в режим ожидания. В результате можно получить некоторое энергосбережение, но только в параллельных системах из нескольких ИБП.

Типичные условия

Параллельная система мощностью 800 кВА с оптимизацией на уровне отдельных ИБП

Технология VMMS максимизирует КПД при неполной загрузке номинальной мощности не ухудшая надежности.

Применения

Типичные применения в которых система VMMS особенно эффективна:

• Системы ИБП с резервированием N+1 и 2N - ИБП в таких системах обычно работают с нагрузкой < 45% от номинальной
• Центры обработки данных, особенно когда ИБП питают сервера по двулучевой схеме питания
• Любые применения с переменной нагрузкой

Максимальный КПД

VMMS оптимизирует использование силовых модулей ИБП (UPM) для достижения максимального КПД в режиме двойного преобразования, повышая уровень загрузки оставшихся активными модулей с помощью переключения неиспользуемых модулей в режим ожидания*. VMMS стремится загрузить активные модули до заданного уровня (по умолчанию – до 80%) при требуемой конфигурации системы (выбранной степени резервирования). Результатом является максимальная экономия электроэнергии. Использование VMMS стало возможным благодаря модульной конструкции ИБП Eaton 9395. VMMS также может использоваться в одиночных многомодульных ИБП.

*В режиме ожидания силовой модуль (UPM) питает шину постоянного тока, генерирует логические сигналы ШИМ (широтно-импульсной модуляции) и фильтрует ВЧ-помехи и скачки напряжения.

Без компромиссов в надежности

Когда происходят колебания или повышения нагрузки, все силовые модули, находящиеся в режиме ожидания, могут быстро среагировать и переключиться в режим двойного преобразования, подав готовые логические сигналы ШИМ к ключам IGBT. В системе VMMS все модули переключаются на двойное преобразование если:

• колебания выходного напряжения составляют более 3% по любой причине
• любой из модулей достиг своего предельного тока или полностью разрядил свои батареи при работе в автономном режиме.
• по внешней команде

Если перечисленные условия перестают действовать, система переключается обратно на режим VMMS с задержкой, настраиваемой пользователем (от 1 до 60 часов): после стабилизации нагрузки, конструкция и алгоритмы, разработанные Eaton, позволяют определить, какой из модулей UPM должен вернуться в режим ожидания для повышения эффективности в новых условиях.

Широкие возможности конфигурирования

Пользователи могут решать, как сконфигурировать систему, задавая количество избыточных модулей и максимальный уровень их загрузки в процентах, при котором остальные модули будут переведены в режим ожидания.

VMMS может быть использована в модульных ИБП 9395:

• Одиночных устройствах 9395 мощностью от 550кВА до 1100кВА
• Распределенных параллельных системах (Nx550, Nx825, Nx1100)
• Системах с централизованным байпасом (SBM)

Существующие системы также могут быть настроены на работу с VMMS:

• VMMS сохраняет резервирование и повышает КПД интеллектуально регулируя уровень загрузки модулей UPM.
• Количество резервных UPM может быть выбрано (N+0, N + 1, N+2, N+X)
• Модули UPM в режиме ожидания могут быть использованы как резервные (N+0)

Бестрансформаторная технология

Использование бестрансформаторной технологии, реализованной в ИБП Eaton на базе компактных и легких фильтров, высокотехнологичных IGBT- транзисторов в выпрямителе и инверторе и усовершенствованного алгоритма управления, обеспечивает пользователю целый ряд несомненных преимуществ. В сравнении с традиционной конструкцией, ИБП, не имеющий трансформатора, весит на 50% меньше и занимает на 60% меньшую площадь.

Низкий показатель КНИ потребляемого тока на входе (< 4,5%) при полной нагрузке и высокий входной коэффициент мощности (> 0,99). Кроме того, КПД бестрансформаторного источника при полной нагрузке в режиме двойного преобразования напряжения может достигать 97%.

Преимущества бестрансформаторных ИБП

• высокий КПД – до 97%
• меньший вес
• меньшая занимаемая площадь

По желанию заказчика за дополнительную плату ИБП могут быть доукомплектованы трансформаторами гальванической развязки.

Система сохранения энергии - Energy Saver System (ESS)

Достижение максимального КПД

Уменьшая потери энергии ИБП на 85 процентов, технология ESS значительно снижает энергопотребление, воздействие на экологию и затраты на электроэнергию, при этом не оказывая влияние на качество защиты нагрузки.

ESS позволяет добиться лучшего показателя КПД на рынке - 99% во всем диапазоне работы. В сравнении с возможностями традиционного режима eco-mode в продуктах предыдущего поколения, ESS обеспечивает максимально возможный КПД и минимальное время переключения в режим двойного преобразования при сбое питания.

Без компромиссов в надежности

В режиме ESS ИБП питает нагрузку отфильтрованным сетевым напряжением, пока входные частота и напряжение находятся в допустимых пределах. Если параметры входной сети выходят за допустимые рамки по напряжению или частоте, ИБП переходит в режим двойного преобразования. Если входное питание выходит за ограничения корректной работы системы, ИБП переключается на питание от батарей. Мощные алгоритмы мониторинга и управления позволяют ИБП постоянно отслеживать качество питания и включать силовые преобразователи менее чем за 2 мс в случае выхода сетевого питания за допустимые пределы. Таким образом нагрузка всегда защищена, а КПД максимален. Cбой в нагрузке оставляет ИБП в режиме ESS. Проверенная технология Eaton гарантирует бесперебойное и энергоэффективное питание нагрузки без ухудшения защиты подключенного оборудования.

Широкие возможности конфигурирования

ИБП Eaton UPS с системой сохранения энергии ESS поддерживают три конфигурируемых режима работы:

• Режим двойного преобразования: ИБП работает в нормальном режиме, питание подается через преобразователи.
• Режим ESS: конверторы в режиме готовности, статический переключатель байпаса позволяет ИБП питать нагрузку напрямую от сети.
• Режим повышенной готовности: ИБП автоматически переключается из режима ESS в режим двойного преобразования и, в случае повторяющихся сбоев, питания остается в этом режиме в течение заданного

Времени (по умолчанию – один час) до тех пор, пока не будет безопасным возвращение в режим ESS. ИБП выполняет переключения между различными режимами работы без прерываний питания нагрузки.

Технология Hot Sync®

Технология параллельной работы ИБП

Бесперебойность питания ответственных нагрузок — залог стабильности бизнеса наших клиентов. Даже при использовании одного ИБП надежность защиты может быть увеличена, например, за счет модульности его конструкции (когда внутренние силовые модули образуют систему с резервированием). В этом случае при возникновении проблемы с одним модулем остальные смогут выполнять его функции. Для увеличения надежности защиты рекомендуется создавать параллельные системы, когда два или более ИБП одновременно питают нагрузку. В случае отказа одного из них неисправный источник отключается от системы, а нагрузка равномерно распределяется между оставшимися. Большинство продуктов, представленных сегодня на рынке, поддерживают технологию параллельной работы, построенную по принципу master-slave. Этот принцип предполагает наличие общего блока управления, который контролирует работу всех ИБП в системе. Однако такая технология имеет один серьезный недостаток («точку отказа»): при неисправности блока управления вся параллельная система выходит из строя и прекращает питать нагрузку. Уровень надежности системы гарантированного электроснабжения можно довести до 100% благодаря использованию запатентованной Eaton технологии Hot Sync® (Рис. 1). Технология Hot Sync позволяет организовать параллельную систему с резервированием по схеме N+1 (например, два модуля для защиты нагрузки и один для резервирования), обеспечивающую надежную круглосуточную защиту электропитания ответственных нагрузок. Технология Hot Sync также может применяться для создания масштабируемых параллельных систем, учитывающих возможность увеличения мощности защищаемой нагрузки в будущем. Технология Hot Sync исключает недостаток традиционных параллельных систем (точку отказа): все источники могут работать в параллель и абсолютно синхронно питать единую нагрузку при отсутствии каких-либо управляющих кабелей между ними.

Преимущества технологии Hot Sync

• реализована в одно- и трехфазных ИБП Eaton, может применяться для построения систем мощностью до 4,4 МВА (400 В)
• простой (модульный) подход к модернизации, решающий задачи увеличения мощности или обеспечения дополнительного резервирования
• нет единой точки отказа системы

Рис. 1. Доступность электропитания при использовании различных конфигураций ИБП в условиях «загрязненной» сети и частых отключений электроэнергии.

Управляющий цифровой процессор (DSP) каждого ИБП работает по определенному алгоритму, благодаря которому все источники в параллельной системе автоматически синхронизируются и делят нагрузку поровну. Если имеется общий байпас, то он используется в качестве источника синхронизации. При отсутствии общего байпаса каждый из процессоров, управляя инвертором на основе данных собственных измерений выходных параметров, плавно изменяет фазу своей выходной синусоиды так, чтобы синхронизировать ее с другими источниками и сбалансировать нагрузку. Как показано на рис. 2, существует связь между неравномерным распределением мощности и разницей между фазами входных напряжений.

Внутреннее выходное сопротивление ИБП имеет индуктивный характер, т.е. его можно представить в виде индуктивности, включенной последовательно с источником напряжения. Если фазы выходного напряжения отличаются, это значит, что между устройствами присутствует поток мощности, который и приводит к неравномерному распределению нагрузки. На рис. 3 представлены два устройства с равными амплитудами выходных напряжений, при этом имеется фазовый сдвиг их выходного напряжения. Напряжение Vdiff и ток Idiff между устройствами образуют смещение фазы на 90°, что связано с сопротивлением индуктивного элемента. Напряжение сети (V1 или V2) и ток между устройствами Idiff находятся в фазе, вызывающей активный поток мощности. Чем больше фазовый сдвиг, тем хуже распределяется мощность. Разность фаз можно уменьшить с помощью микропроцессора, управляющего инвертором ИБП. Чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки, необходимо снизить разницу фаз до нуля, а для этого используется корректировка выходной частоты ИБП. На рис. 4 показан процесс распределения нагрузки. Выполняется мониторинг выходной мощности, новая частота рассчитывается 3000 раз в секунду. Эти же измерения, основанные на вычислении мгновенной мощности, также используются в целях диагностики и определения вышедшего из строя модуля. Отрицательное значение, возникающее даже на короткий промежуток времени, свидетельствует о внутренней поломке, например, о коротком замыкании в инверторе IGBT. В этом случае ИБП сразу отключается, максимально снижая негативное влияние на нагрузку. Это называется «селективным отключением». Кроме того, технология Hot Sync позволяет производить последовательное техническое обслуживание резервных модулей ИБП без использования внешнего сервисного байпаса. При этом не нужно отключать питание нагрузки.

Главной характеристикой, определяющей надежность системы защиты, является точное и равномерное распределение нагрузки независимо от того, используется ли она для обеспечения резервирования или увеличения мощности. С технологией Hot Sync можно создавать полностью избыточные параллельные системы, в которых резервирование осуществляется на уровне самих ИБП, объединенных только выходными силовыми кабелями и нагрузкой. За счет отсутствия кабелей связи в подобной системе исключается вероятность образования единой точки отказа, а соответственно сводятся к минимуму убытки, которые может вызвать неожиданный выход из строя системы гарантированного энергоснабжения.

Рис. 2. Равномерное распределение нагрузки достигается путем регулировки выходных частот; таким образом, разница между фазами выходных напряжений параллельно подключенных ИБП сводится к нулю.

>

Рис. 3. Сдвиг фаз между напряжениями параллельно подключенных ИБП (V1 и V2) приводит к образованию электрического тока между устройствами, нарушая равномерность распределения нагрузки.

Рис. 4. При использовании алгоритма Hot Sync угол фазы инвертора регулируется выходной мощностью и коэффициентом ее изменения.

Технология ABM®

Непревзойденные возможности управления зарядом аккумуляторных батарей

Надежность ИБП во многом зависит от срока службы его батарей. Поскольку аккумуляторы являются электрохимическими компонентами, их производительность со временем снижается.

Преждевременный выход из строя батарей приводит к дополнительным затратам и увеличивает общую стоимость владения ИБП, а изношенный аккумулятор в разы увеличивает риск сбоя в системе гарантированного электропитания. В основном питание ИБП осуществляется от сети — автономная работа источника требуется только в редких случаях. При этом качество защиты напрямую зависит от того, насколько полно заряжены аккумуляторы. С другой стороны, чрезмерный заряд является причиной быстрого старения батарей.

Значительное увеличение срока службы аккумуляторов

Компания Eaton разработала технологию ABM®, которая позволяет продлить срок службы герметичных свинцово-кислотных батарей путем оптимизации режима их заряда. Использование традиционного метода заряда приводит к ускорению процесса коррозии пластин и пересыханию электролита. Технология ABM — принципиально новый интеллектуальный подход к этому вопросу. ABM исключает перезаряд батарей, предотвращая их преждевременный износ. Кроме того, с помощью ABM пользователь может непрерывно отслеживать состояние аккумуляторов и заблаговременно (за 60 дней) получать предупреждение об окончании срока их службы. Также ABM оптимизирует время заряда, что особенно важно при частых отключениях электроэнергии. Технология ABM на протяжении многих лет используется в ИБП Eaton от 1 до 160 кВА, теперь ее удалось реализовать и в устройствах мощностью до 1100 кВА.

Преимущества технологии ABM

• превентивная и автоматическая диагностика состояния батарей
• значительное увеличение срока службы батарей по сравнению с традиционным методом заряда
• оптимизация времени заряда батарей благодаря трехступенчатому методу заряда
• автоматическая компенсация напряжения заряда батарей в диапазоне от 0 до +50°C

Технология ABM значительно увеличивает срок службы батарей.

Как работает ABM?

Основной принцип работы технологии ABM состоит в том, что большую часть времени батареи находятся в режиме отдыха, заряжаясь только через определенные интервалы времени. Сначала заряд полностью или частично разряженных аккумуляторов производится постоянным током, соответствующим используемому типу батарей. Когда напряжение на батареях достигает заданного уровня, они переходят в режим плавающего заряда при сохранении постоянного напряжения, уровень которого ниже напряжения при заряде током, что обеспечивает оптимальное время заряда. Батареи держат данное напряжение на протяжении 24 часов, после чего выполняется первое тестирование. Процедура занимает около минуты, при этом измеряется падение напряжения на батареях, что позволяет получить представление о состоянии зарядки. Плавающий заряд продолжается еще 24 часа плюс время, равное 1,5 основного периода заряда, после чего система переходит в режим отдыха. При этом заряд может прекращаться на срок до 28 дней – батареи находятся в режиме отдыха. Если в течение первых 10 дней напряжение на элементе одной батареи падает ниже 2,1В/элемент (в 12В аккумуляторных батареях 6 элементов), ABM снова запускает процесс заряда, а пользователь получает предупреждение о возможной необходимости в дополнительном контроле/тесте аккумуляторных батарей. Если напряжение опускается ниже этой отметки по истечении 10-дневного периода, заряд продолжается без подачи предупреждающего сигнала. Таким образом, процесс заряда по технологии ABM имеет три стадии: режим заряда постоянным током, режим плавающего заряда и режим отдыха. При этом батареи подвергаются гораздо меньшим разрушительным воздействиям, чем при традиционном методе заряда. Типичный цикл заряда батарей представлен на приведенном ниже графике.

Напряжение на батареях в процессе зарядки по технологии ABM.

Для удобства пользователя предусмотрена возможность отключения функции ABM и выбора традиционного метода заряда батарей. По умолчанию функция ABM включена. Уровень напряжения при заряде внутренних батарей регулируется в зависимости от температуры. Эта функция называется температурной компенсацией и позволяет продлить срок службы батарей.

В ИБП Eaton серий BladeUPS, 9155 и 9355 температура измеряется с помощью встроенного в системный блок датчика температуры (входит в базовую комплектацию) и – при необходимости - дополнительного оборудования — Web/SNMP адаптера (в формате встраиваемой карты) и подключаемого к нему датчика параметров окружающей среды (EMP).

В ИБП Eaton серий 9390 и 9395 температура измеряется только с помощью дополнительного оборудования — Web/SNMP адаптера и датчика параметров окружающей среды (EMP).

Температурная компенсация. Зависимость напряжения заряда от температуры.

Web/SNMP адаптер (карта) с внешним датчиком параметров окружающей среды.

Функция Easy Capacity Test

ИБП, оснащенные функцией Easy Capacity Test могут протестировать все свои силовые цепи (включая батарейный комплект) на полную мощность без подключения внешней нагрузки. Благодаря тому, что ИБП Eaton используют выпрямители и инверторы в качестве внутренних нагрузочных модулей и потребляют из сети минимальную мощность (примерно 5% от номинальной мощности ИБП), существенно сокращаются затраты электроэнергии в ходе тестирования. В результате не только заметно снижается потребление электроэнергии, но и исключаются дополнительные расходы на аренду тестовой нагрузки, отвод теплопритоков от нагрузочных модулей, меньше рабочего времени тратится на планирование, приобретение, транспортировку и монтаж тестового оборудования.

Суть технологии заключается в уникальной возможности инвертора в ИБП Eaton функционировать при замыкании на вход выпрямителя (контур формируется внутри самого ИБП - через цепь автоматического bypass). При этом внешняя сеть обеспечивает компенсацию только той энергии, которая тратится на потери в выпрямителе и инверторе или на подзаряд аккумуляторных батарей.

В параллельных системах с избыточностью данный тест может быть запущен на каждом отдельном системном блоке без отключения реальной нагрузки.

В несколько усеченном виде данная технология также реализована в ИБП Eaton серий 9155, 9355.