Standardowa, dostępna obecnie i szeroko akceptowana w przemyśle i sektorze centrów danych, jako idealne i najbardziej niezawodne rozwiązanie UPS dla dużych instalacji, jest technologia podwójnej konwersji występująca w różnych konfiguracjach. W trybie podwójnej konwersji zasilacz UPS zapewnia izolację od zniekształceń sieci. Tryb ten pozwala na sterowanie napięciem i częstotliwością wyjściową bez względu na wartości wejściowe napięcia i częstotliwości.
Musimy jednak zadać pytanie, czy podwójna konwersja jest rzeczywiście jedynym możliwym sposobem eliminacji tego typu zakłóceń? Czy istnieje bardziej wydajne rozwiązanie, pozwalające chronić aplikacje o znaczeniu krytycznym?
W wielu przypadkach wysoki poziom kondycjonowania zasilania przez zasilacz UPS pracujący w trybie podwójnej konwersji jest wyższy, niż potrzebny do kompensacji występujących zakłóceń. Idealne rozwiązanie polegałoby, więc na pracy w trybie podwójnej konwersji tylko wówczas, gdy jest to konieczne, czyli tylko wówczas, gdy fluktuacja napięcia wejściowego nie mieści się w zakresie tolerancji.
Emerson Network Trinergy
Powyższy wymóg możliwy jest do realizacji poprzez zastosowanie zasilacza Emerson Network Power serii Trinergy, który łączy w jednym zasilaczu UPS trzy dotychczasowe, standardowe typy UPS:
- Tryb maksymalnej kontroli zasilania (IEC62040-3 VFI): To tryb podwójnej konwersji, który zapewnia najwyższy poziom kondycjonowania zasilania. Chroni on obciążenie przed wszystkimi typami zakłóceń sieci elektrycznej, zużywając przy tym większe ilości energii. Sprawność z pełnym obciążeniem przy zastosowaniu najnowszej technologii beztransformatorowej wynosi ponad 95%.
- Tryb maksymalnej oszczędności energii (IEC 62040-3 VFD): ten tryb rozpoznaje, kiedy kondycjonowanie nie jest potrzebne, i pozwala na przepływ energii przez linię obejściową. W tym przypadku sprawność sięga 99%.
- Tryb wysokiej wydajności i kondycjonowania zasilania (IEC 62040-3 VI): kompensowane są główne zakłócenia, takie jak THDi obciążenia, współczynnik mocy obciążenia oraz większe spadki i wzrosty napięcia zasilającego. Wykorzystywana energia pochodzi z falownika, który jako filtr aktywny zapewnia całą niezbędną moc bierną. W typowych warunkach tryb ten cechuje się sprawnością pomiędzy 97 a 98,5%, w zależności od typu obciążenia (np. nieliniowe, liniowe itp.) oraz wartości wejściowych parametrów linii zasilającej.
Użycie falownika, jako filtra aktywnego
Rozwiązanie to polega na użyciu równoległych i szeregowych filtrów aktywnych podczas pracy na linii obejściowej. Pozwala to na kompensację większości kategorii zakłóceń, z wyjątkiem przerw napięcia i zakłóceń częstotliwości, w ramach określonych limitów i przy utrzymaniu wysokiej sprawności. Można to osiągnąć pod warunkiem, że filtr aktywny zużyje w celu kompensacji zakłóceń mniej mocy niż tryb podwójnej konwersji.
Filtr aktywny nie musi być dodatkowym, zajmującym miejsce elementem w zasilaczu UPS, ponieważ falownik IGBT sterowany za pomocą opatentowanej przez firmę Emerson Network Power technologii Vector Control, może być używany, jako filtr aktywny. Jest to możliwe, ponieważ sam falownik podczas działania w trybie wysokiej sprawności pozostaje nieaktywny, co sprawia, że można używać falownika zarówno w konfiguracji szeregowej, jak i równoległej.
Falownik, jako równoległy filtr aktywny: falownik będzie pracować jako generator sterowany prądowo, wytwarzający prąd pozwalający skompensować moc bierną i zniekształcenia harmoniczne.
Falownik jako szeregowy filtr aktywny: prąd filtra aktywnego będzie mieć kształt pozwalający na kompensację napięcia linii obejściowej w celu jego utrzymania w ramach limitów tolerancji. Jest to możliwe dzięki indukcyjności szeregowej, która ma jeden główny cel polegający na dodaniu małej impedancji liniowej służącej aktywnej kompensacji napięcia poprzez interakcję z prądem filtra aktywnego generowanym przez falownik.
- Precyzyjne sterowanie w technologii Trinergy pozwala na szybkie i bezpieczne dla odbiorników aktywowanie jednego z trzech różnych trybów działania zasilacza UPS w celu osiągnięcia wydajności i efektywności każdej ze standardowych konfiguracji. Trinergy pozwala jednoczenie utrzymać parametry i stopień ochrony Klasy 1 (IEC 62040-3) zasilacza UPS dla obciążenia oraz doskonałe kondycjonowanie zasilania (THDi < 3% i współczynnik mocy na wejściu > 0,99) dla sieci nadrzędnej.
- Aktywacja trzech rożnych trybów pracy Trinergy wykonywana jest w oparciu o śledzenie w czasie rzeczywistym głównych parametrów wejściowej sieci zasilającej oraz jakości obciążenia wyjściowego. Parametry podane w poniższej tabeli pokazują metodę stosowaną przez Trinergy w celu określenia, który z trzech trybów pracy ma zostać włączony w odpowiedzi na rożne warunki wejściowe i wyjściowe.
- Warunki elektryczne związane z obciążeniem i z siecią są monitorowane w sposób ciągły, dzięki czemu możliwe jest najlepsze zabezpieczenie zasilania obciążenia przez cały czas, przy zachowaniu najwyższego poziomu sprawności. Jeżeli wymienione powyżej obserwowane zmienne znajdują się poza podanymi zakresami, UPS włącza inny tryb roboczy. Zmienne podane w tabeli mogą zostać zmienione na żądanie przez inżyniera serwisu. UPS rozpoczyna pracę w trybie podwójnej konwersji i przełącza się na tryb VI lub VFD tylko wówczas, gdy monitoring warunków sieci wskazuje, że jakość obserwowanych zmiennych jest wystarczająca oraz że są one odpowiednio stabilne.
Możliwe dzięki temu jest osiągnięcie w typowych instalacjach przeciętnej wydajności 97,9%, dane na podstawie zapisów zdalnego systemu monitorowania i usługi diagnostyki LIFE.net firmy Emerson Network Power. Uwzględnia zużycie energii przez jednostkę klimatyzacji w pomieszczeniu UPS.
Źródło: Whitepaper Emerson Network Power
autor: Jan Petersen
