앞서 논의한 UPS 는 모두 정적 UPS 의 범주에 속하며, 이러한 UPS 의 작동에서 냉각 팬 외에 사용되는 다양한 전자 부품 및 전기 부품은 기계적으로 움직이지 않는다는 원리입니다. 다년간의 정적 UPS 운영 경험에 따르면 정적 UPS 는 각 업계의 사용자 부하를 안전하게 운영하는 데 큰 기여를 했습니다. 그러나 다음과 같은 단점이 있습니다.
(1) 정적 UPS 효율' 이' 높지 않다': 관련 통계에 따르면 중 대용량 전력 주파수 UPS 효율은 93% ~ 94% 에 불과하다. 중용량 고주파 UPS 의 경우 효율성은 94 ~ 95% 에 불과합니다. 에너지 절약과 환경 보호에 대한 강조가 커지고 있는 오늘날, 이 UPS 자체의 손실은 여전히 매우 높다.
(2)UPS 의 배터리 팩은 UPS 실패율과 일상적인 유지 관리 증가를 초래하는 중요한 요소입니다. 그리고 배터리 수명이 짧다. 또한 환경에 심각한 오염을 일으킬 수 있는 폐전지 처리는 여전히 우리를 괴롭히는 문제 중 하나이다.
따라서 위의 문제를 해결하는 기술적 방법 중 하나로 온라인 이중 변환의 정적 UPS 대신 플라이휠 에너지 저장이 있는 동적 UPS 를 선택합니다.
플라이휠 UPS 의 기술적 이점
최근 몇 년 동안 국내외 데이터 센터, 반도체 칩 제조, 일부 특수 군사 통신 시스템 및 정부 기밀 부서는 플라이휠 에너지 저장 동적 UPS (일명 플라이휠 UPS 또는 동적 UPS) 를 선택하고 선택하는 데 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 이 UPS 를 사용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.
(1) UPS 효율성 향상: 관련 데이터에 따르면 UPS 효율성은 정적 UPS 의 92% 에서 플라이휠 UPS 의 98% 로 증가할 수 있습니다.
(2) UPS 에서 고장률이 현저히 높은 배터리 부품을 완전히 제거합니다. 이를 통해 UPS 의 신뢰성을 높이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 당직 전원 공급 인력의 유지 관리 업무도 크게 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
이 플라이휠 UPS 의 경우, 시전 전원이 정상적으로 공급되면 시전을 이용하여 사용자에게 전력을 공급하는 동시에 모터 및 발전기 조절 기능이 있는' G/M' 장치를 통해 일부 전력을 거대한 플라이휠에 운동 에너지로 저장합니다.
이 시점에서' 동기 보상기 (G/M)' 장치의 경우 단기 에너지 변환 조정 기능뿐만 아니라 시전의 전기 에너지를 플라이휠에 저장된 기계 에너지로 변환합니다. 또한 시전 전력망과 전기 장비에서 나올 수 있는 고조파 전류에 대한 자동 전압 조절 및 자동 보정을 수행하는 조정 기능을 담당하고 있으며, 출력 전류의 고조파 함량인 THDI 의 값은 실시간으로 0 으로 조정됩니다. 시전 전원이 중단되면 플라이휠에 저장된 거대한 운동 에너지의 관성 구동 동기 보상기 (G/M) 장치를 사용하여 회전을 계속할 수 있습니다. 이 시점에서 동기식 보상기 (G/M) 장치는 발전기의 조정 기능을 자동으로 담당하여 다양한 전기 장비에 지속적으로 전원을 공급할 수 있도록 합니다. 플라이휠 UPS 를 새로운 실용 단계로 끌어올릴 수 있는 원동력은 다음과 같습니다.
(1) 기술이 상당히 성숙한 오늘날의 전력 업계에서는 정보 관리 및 지능형 전원 공급 장치를 갖춘 전력망 스케줄링 기술이 광범위하게 채택되고 있으며, 사용자 전원 공급 시스템에서 ATS 스위치를 사용하여 두 개의 전원 입력 전원 공급 장치 간의 "전환 조정" 작업을 자동화하는 보호 설계 방안으로 인해 전원 공급 시스템의 장기 정전 가능성이 매우 낮습니다.
이렇게 하면 플라이휠 UPS 의 실제 적용에 매우 유리한 작동 조건을 만들 수 있으며, 플라이휠 UPS 는 운동 에너지 관성에 의존하여 부하의 지속적인 전력을 보장할 수 있습니다.
(1) 미국 전력연구소가 미국 전력망에 대해 조사한 결과 정전 기간의 90% 이상이10S 보다 적은 것으로 나타났다.
② 유럽 9 개국 126 전력망에 대한 RWE 조사에 따르면 정전 기간의 95% 이상이 3S 미만인 것으로 나타났다.
(3) ATS 가 두 개의 전원 입력 전원 공급 장치 사이를 전환하는 자동 전환 조정 기술을 사용하는 사용자 장치의 경우, 우선 전원 공급 입력 전원 공급 장치에 장애가 발생할 경우 다른 대기 전원 공급 장치는 1 ~ 3s 보다 작은 시간 간격 동안 전원 장치에 전원을 공급할 수 있습니다. 이론적으로 ATS 스위치는 ATS 스위치의 일반적인 전환 시간이 약 ≤200ms 이하이기 때문에 입력 전원의 전력이 수십 ~ 수백 밀리초 동안 중단될 수 있습니다. ATS 스위치의 총 전환 시간이 몇 초까지 길어질 수 있는 이유는 ATS 스위치가 시전 전력망에 예상치 못한 번개로 인해 두 시전 사이에 불필요한 빈번한' 오전환' 작업을 하지 않도록 하기 위함입니다. 이로 인해 전기 장비 입력부의 짜증나는 첨봉형 전원 간섭이 발생하고 ATS 스위치의 수명이 단축됩니다. 따라서 ATS 스위치에 적합한 지연 전환 보호 기능을 인위적으로 설정해야 합니다. 따라서 "이중 버스 입력" 전원 조건을 가진 사용자의 경우 플라이휠 UPS 를 선택하면 구성이 크고 고장률이 높으며 유지 보수가 많은 배터리 팩을 줄일 수 있습니다.
요약하자면, 전력망에 장기적으로 정전될 확률이 매우 낮다. 이를 통해 플라이휠 UPS 를 최대한 활용할 수 있어 상용 전력망에서 나올 수 있는 일시적 전압 변동, 플래시, 일시적 간섭, 고조파 전류에 대한 실시간 보상 조정 기능을 구현하는 기술적 이점을 얻을 수 있는 탄탄한 기술 기반을 마련할 수 있습니다.
(2) 플라이휠 UPS 는 표 1 과 같이 기존의 이중 변환 온라인 정적 UPS 에 비해 다음과 같은 명백한 기술적 이점을 제공합니다.
표에서 볼 수 있듯이 플라이휠 UPS 는 전체 효율성, 독립 실행형 최대 출력 전력, 과부하 저항, 출력 단락 저항, 입력 역률, 부하 역률, 허용 작동 온도 범위, 배터리 팩 유지 관리 불필요, 신뢰성 향상 측면에서 이중 변환 온라인 정적 UPS 보다 훨씬 우수합니다. 여기서 주목해야 할 점은 플라이휠 UPS 전원 공급 시스템의 평균 전체 효율성이 정적 UPS 보다 3 ~ 4% 높다는 것입니다. 미국 Active Power 의 진공 자기부양 플라이휠 UPS 에너지 효율은 6% 까지 향상될 수 있다. 이는 오늘날 에너지 가격이 크게 오른 상황에서 에너지 절약과 친환경 녹화에 특히 두드러진다. 플라이휠 UPS 가 더 에너지 효율이 높은 또 다른 이유는 공랭식 선풍기를 가지고 있어 주변 온도가 25 C 미만인 배터리 팩을 장착할 필요가 없기 때문입니다. 따라서 더 이상 UPS 실에 높은 소비 작동 특성을 가진 에어컨 장치를 구성할 필요가 없습니다. 그러나 필요한 열풍 배기 시스템이 필요하다는 점에 유의해야 한다.
플라이휠 UPS 작동 원리
그림 1 은 플라이휠 운동 에너지 저장이 있는 동적 UPS 의 일반적인 제어 상자를 보여 줍니다. 출력 전력은 각각 150, 180, 260, 400, 500, 750, 1000,/kloc-입니다 그림과 같이 UPS 에는 두 개의 전원 채널이 있습니다 * * *:
(1) 우회 전원 공급 채널 유지 관리: 정상 작동 시 스위치 S2 가 연결 해제됨
(2) 주 전원 채널: 입력 스위치 S 1, 입력 정적 스위치, 초류 코일 1 및 초류 코일 2, 전원 브리지 및 출력 스위치 S4 로 구성됩니다. 여기서 전원 브리지는 동기 모터/발전기, 양방향 변환기, 여자 발전기 및 에너지 저장 플라이휠로 구성됩니다. 시전 중단 시 전체 부하 전력 공급 시간은 약 20s 입니다. 장시간 지속되는 전력을 필요로 하는 사용자의 경우 디젤/가스 발전기를 일치시켜 이를 수행할 수 있습니다 (선택 사항). 여기서 초크 1, 초크 2 및 동기 모터/발전기로 구성된 전원 브리지는 출력 자동 조절 및 입력 전류 고조파 보정 제어 기능을 갖춘 마법의 격리 커플 링 초크 제어 회로입니다. 여기서 전원 브리지는 자동 조절기와 능동 필터의 이중 조절 기능을 모두 수행합니다. 제어 회로의 제어 기능은 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.
(1) 비선형 부하로 인한 고조파 전류를 전류 고조파로 보상하고 처리합니다.
(2) 입력 그리드 전압 왜곡의 전압 고조파 보상 및 제어;
③ 주 입력 그리드에 반사되는 단락 전류의 크기를 제한한다.
(4) 전원 브리지에서 생성된 사인파 전원 공급 장치를 사용하여 자동 전압 조정 기능을 수행하여 부하로 전압을 조절할 수 있도록 합니다
3. 1 플라이휠 UPS 자동 조절 무정전 전원 공급 장치 조정 원리
(1) 플라이휠 UPS 입력 전원이 정상인 경우 자동 전압 조절 원리.
이 UPS 의 설계에 따라 정상 작동 시 입력 스위치 S 1 및 출력 스위치 S4 가 닫히고 유지 관리 우회 스위치 S2 가 분리됩니다. 입력 전원 전압이 -20% ~+ 15% 범위 내에 있을 때 입력 정적 스위치가 켜져 있습니다. 이 경우 고주파 간섭을 포함할 수 있는 불안정한 시전은 초크 1 및 초크 2 필터를 통해 고주파 간섭을 방지하고 출력 끝에 있는 전기 장비에 공급되며 동시에 "전원 브리지" 에 있는 발전기/동기 보상기 (G/M 기계) 는 동기 보상기의 조정 기능을 수행합니다. 이 시점에서 "전원 브리지" 는 모터 작동 상태에 있습니다. 고속 회전 상태에서 여자 발전기 스핀들을 통해 거대한 에너지 저장 플라이휠 (회전 속도 1800 ~ 3300 회전/분) 을 구동하여 시전 그리드의 일부 전력을 고속 회전 상태에서 플라이휠의 기계적 관성 운동 에너지로 변환하는 목적을 달성합니다. 동시에 논리 대시보드의 제어를 통해 플라이휠 UPS 의 "전원 브리지" 에 있는 "양방향 변환기" 를 사용하여 여자 발전기와 동기 발전기/발전기는 시전 자동 조절과 동시 추적 제어 작업을 동시에 수행할 수 있습니다. 이 시점에서 발전기/동기 보상기는 양방향 변류기의 제어 하에 출력 조정 정확도가 380 V 1% 인 레귤레이터 전원 공급 장치를 출력합니다. 이 시점에서 초크 1 및 2 는 패시브 전압 고조파 보상기의 조정 기능을 수행합니다.
(2) 입력 전원이 단시간에 고장날 때 플라이휠 UPS 의 자동 조절 제어 원리.
전원 공급 장치가 고장났을 때 플라이휠 UPS 에 있는 여자 발전기는 원래 거대한 플라이휠에 저장된 관성 운동 에너지를 이용하여 고속 회전을 계속합니다. 이 시점에서 주파수와 전압은 천천히 변하는 출력 전원에서 발전기에서 양방향 변류기의 입력으로 공급됩니다 (참고: 입력 전원의 정전 시간이 길어짐에 따라 원래 거대한 플라이휠에 저장된 관성 운동 에너지가 계속 소모되기 때문입니다. 이 경우, 여자 발전기 출력의 전력 주파수와 전압이 서로 다른 정도로 낮아질 수 있다. 이렇게 품질이 좋지 않은 전원 공급 장치는 양방향 변환기를 통해 처리되면 자동 전압 조절, 자동 주파수 안정화 고품질 전원 공급 장치를 출력할 수 있습니다. 이 양질의 전원 공급 장치는 동기 모터/발전기 세트의 입력부에 공급된 후 380 V 1% 전압 조절 전원 공급 장치를 연속적으로 출력할 수 있습니다 (그림 1b 참조).
전원 공급 장치에 장애가 발생할 경우 UPS 의 지속 전원 공급 기간은 플라이휠에 저장된 기계 에너지와 UPS 의 부하 비율에 따라 달라집니다. 출력 전력이 1670kVA 인 동적 UPS 의 경우 기계 에너지 저장은16.5MW S 입니다. 이 UPS 기간과 UPS 부하 백분율 사이의 일반적인 변경 매개변수 값은 표 2 에 나와 있습니다.
위에서 알 수 있듯이 플라이휠 UPS 의 경우, 순간 전원 중단 시간이 위 시한을 초과하지 않는 상태에서 고품질 전력을 사용자 부하에 지속적으로 출력할 수 있습니다. 또한 전원 공급 문제가 정전이 아니라 입력 전압이 낮으면 UPS 의 지속적인 전원이 크게 연장됩니다.
이런 조건 하에서 넓은 입력 전압 작동 범위를 얻을 수 있다. 일반적인 기술 매개변수는 입력 전압이 380V, -20%,+15% 일 때 연속적으로 작동한다는 것입니다. 입력 전압이 380V 및 -30% 로 떨어지면 전원 공급 시간은10min 입니다. 입력 전압이 380V 및 -50% 로 떨어지면 30s 의 전원 공급 시간이 사용됩니다. 물론 디젤/가스 발전기 옵션 또는 2 방향 입력 전원 공급 장치와 +ATS 스위치가 있는 "이중 버스 입력" 전원 설계 시나리오를 선택한 사용자는 연결된 부하에 365×24 시간 무정전 전원을 공급할 수 있습니다.
일반적인 플라이휠 UPS 의 외형과 주요 부품의 구조도가 그림 2 에 나와 있습니다.
3.2 플라이휠 UPS 고조파 보상 특성 제어 원리
플라이휠 UPS 의 두 번째 중요한 기술적 장점은 우수한 입력 고조파 보정 특성과 높은 시스템 효율 (96% ~ 98%) 입니다.
수신 부하가 차단인 경우 입력 역률 PF 값은 1 이고 입력 전류 고조파 구성요소의 THDI 값은 거의 0 입니다. PC, 저급 서버, 산업 제어 시스템의 DCS 장비, 가전제품 등 단상 정류 필터 비선형 부하가 있고 입력 역률 보정 (PFC) 이 없는 경우, 이러한 전기 장비 자체의 입력 고조파 특성은 좋지 않습니다. 이 때 이들 가전제품에 공급되는 입력 전원의 전압 파형은 우수한 사인파를 나타내지만 입력 전원에서 끌어온 전류 파형은 그림 3(a) 에 표시된 불연속적인 벨 펄스 문자열 (즉, 입력 전류 파형이 심각한 전류 왜곡을 나타냄) 로 바뀌어 입력 전류의 고조파 함량 THDI 값이 최대 55% ~ 77%, 입력 역률 PF 값이 0.8 로 떨어집니다.
그러나 플라이휠 UPS 를 사용하여 이러한 전기 장비를 구동한 후 "초크 1+ 동기 모터/발전기+양방향 변환기+초크 2" 로 구성된 전원 브리지를 사용하여 이러한 비선형 부하를 고조시킬 수 있습니다. 이 경우 병렬 대 플라이휠 UPS 주 전원 라인의 동기 모터/발전기에서 제공하는 무효 전력은 전류 고조파 보정 조정을 달성하는 데 사용됩니다. 이렇게 하면 그림 3(a) 과 같이 양호한 사인파를 가진 입력 전류 파형을 플라이휠 UPS 의 입력부에서 다시 얻을 수 있습니다.
이러한 맥락에서, 그 입력 전류의 고조파 특성은 크게 개선될 수 있다. 일반적인 값은 입력 전류의 고조파 함량, THDI 값입니다. 0.98 정도요. 오늘날 데이터 센터실에서 사용되는 대부분의 IT 장비 (중급 서버, 스토리지 장치, 네트워크 장치) 는 입력 역률 보정이 있는 PFC 기술을 채택하고 있기 때문에 플라이휠 UPS 를 사용하여 이러한 전기 장치를 구동할 때 다음과 같은 "녹색 전원" 유형의 입력 고조파 특성을 얻을 수 있습니다. 즉, 입력 전류의 고조파 함량 THDI 값 그림 3(b) 와 같이 약 0.99 입니다.
요약하면 기존의 이중 변환 온라인 정적 UPS 에 비해 입력 전류 고조파 및 출력 고조파 문제만 해결할 수 있습니다. 플라이휠 UPS 는 입력 전류 고조파 및 출력 고조파에 대한 고조파 보정 조정을 동시에 수행할 수 있습니다. 기술적 이점은 자명합니다.
3.3 플라이휠 UPS 는 우수한 출력 동적 응답 특성을 가지고 있습니다
플라이휠 UPS 의 또 다른 중요한 기술적 장점은 뛰어난 동적 응답 기능을 갖추고 있다는 것입니다. 그림 4 에서 볼 수 있듯이 UPS 에 연결된 부하가 갑자기 로드되면 "동기 모터/발전기+초크 2" 로 구성된 병렬 전원 브리지는 연결된 부하에 일시적 및 보충 활성 전력을 제공합니다. UPS 의 출력 단자가 우수한 자동 조정 출력 특성을 얻을 수 있도록 합니다. 일반적인 동적 응답 특성은 다음과 같습니다.
여기서 플라이휠 UPS 의 입력 정적 스위치, 초크 1 및 초크 2 로 구성된 회로는 상업용 전력망에서 전력 전송의 주 채널로 볼 수 있으며, "플라이휠+여자 모터+양방향 변환기+동기 모터/발전기" 로 구성된 전원 브리지는 출력측 병렬 에너지 저장 장치로 볼 수 있습니다.
3.4 플라이휠 UPS 의 일반적인 기술 파라미터
출력 전력: 150,180,260,400,500,750, 1000,/kloc-
입력 역률: 0.96 ~ 0.99; 입력 전압 고조파 함량의 96% THDV 값;
입력 전압 범위: 380V, -20% ~+ 15%, 장기 작업 380V, -30%, 가동 시간10min 지원 ： 380V, -50%, 가동 시간 2 분 지원
출력 전압: 380v
출력 단락 저항: 300%, 5s; 1400%,10ms;
무정전 전원 공급 장치의 평균 무고장 시간 (MTBF) 은 65438+30 만 시간입니다.
허용되는 UPS 및 온라인 수량: 16.
4. 끝말
요약하자면, 시전 환경이 좋은 사용자들에게 플라이휠 UPS 는 다음과 같은 기술적 성능에서 이중 주파수 온라인 정적 UPS 보다 훨씬 우수합니다. 전체 기계 효율, 독립 실행형 최대 출력 전력, 출력 단락 저항, 입력 역률, 출력 역률, 허용 작동 온도 범위, 신뢰성, EMC 전자기 호환성, 배터리 팩을 구성할 필요가 없기 때문에 UPS 유지 관리 작업량 및 기계실 설치 면적이 크게 줄었습니다. 신뢰성이 높고 에너지 효율이 뛰어나며 고장률이 높은 배터리 팩이 특히 눈에 띈다. 이에 따라 미국, 유럽, 대만성의 일부 반도체 칩 공장과 군사 시스템에 적용되었다. 최근 몇 년 동안, 그것은 또한 중국인들의 주목을 받고 있다. 플라이휠 UPS 는 우리나라 데이터 센터 건설 기준에 포함될 것으로 알려졌다. 최근 몇 년 동안 급속히 발전해 온 기술로서 플라이휠 UPS 는 친환경 데이터 센터를 구축하는 동시에 경제와 환경의 이중 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 이 UPS 는 완벽하지 않다는 점에 유의해야 한다.
플라이휠 UPS 에는 몇 가지 단점이 있지만, 지금까지' 이중 버스 입력' 전원 조건을 갖추고 배터리 적용으로 고민하는 사용자에게 기술적인 조치를 취하면 구성 실패율이 높고 유지 보수가 많은 배터리 팩으로 인한 폐해를 완전히 없앨 수 있습니다. 이는 예상 수명이 최대15 이기 때문입니다. 현재 해외 대형 데이터 센터는 일반적으로 플라이휠 UPS 를 사용하여 전력 공급을 보장하고 있으며, 특히 자기부양 플라이휠 UPS 시스템 분야에서는 더욱 그렇습니다. 이와는 대조적으로 배터리의 수명은 수천 건에 불과하며, 배터리를 교체하는 데는 보통 몇 년이 걸린다.
마이크로 제어 신 에너지 원 정보
선전 마이크로제어 신에너지기술유한공사 (마이크로제어 또는 마이크로제어 신에너지원) 는 물리적 에너지 저장 기술의 글로벌 리더입니다. 회사 본부는 선전에 위치하여 북미 유럽 아시아 라틴 아메리카 등의 지역을 포괄한다. 안전하고 안정적이며 효율적인 세계 최고의 자기부상에너지 기술로 화웨이, GE, ABB, Siemens, 에머슨 등 세계 500 대 기업들의 제품과 서비스를 광범위하게 신뢰하고 있습니다.
향후 에너지' 청결, 고밀도, 디지털화' 의 세 가지 주요 추세에 직면하여 회사는 전략적 신흥 산업에 에너지 운송, 저장, 재활용 및 데이터 관리를 위한 체계적인 솔루션을 지속적으로 제공하고 있습니다.