Công nghệ UPS

Công nghệ UPS có 3 nhóm công nghệ chính : 

   + UPS off-line: UPS chế tạo theo công nghệ off line, về thực chất, sử dụng nguồn điện lưới trực tiếp để cung cấp nguồn cho tải. Khi nguồn điện lưới cung cấp không bình thường (giảm thấp hơn mức cho phép hoặc mất hoàn toàn), bộ chuyển đổi nguồn điện Inverter DC/AC sẽ hoạt động và cung cấp nguồn xoay chiều 220 VAC cho tải 

   + UPS line-interactive: UPS chế tạo theo công nghệ line-interactive có cấu trúc tương tự như công nghệ UPS off-line, nhưng công nghệ này này có thời gian chuyển đổi hoạt động từ lưới điện sang nguồn điện từ inverter ngắn (~ từ 2 ms – 4 ms) 

   + UPS on-line (double conversion): UPS chế tạo theo công nghệ on-line (double conversion) sử dụng nguồn điện chuyển đổi từ nguồn một chiều DC (cung cấp bởi Accu) thành nguồn điện xoay chiều 220 VAC (để cung cấp nguồn cho tải), cho dù nguồn điện lưới bình thường hay bất bình thường. Bình thường, nguồn điện lưới được chuyển đổi thành nguồn điện một chiều để nạp cho Accu và sau đó tái tạo chuyển đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều 220 VAC mới cung cấp cho tải, độc lập với mạng điện lưới. 

 

Ưu điểm: 

   - Do nguồn điện cấp cho tải luôn lấy từ đầu ra của bộ inverter nên thời gian chuyển đổi nguồn (từ lưới điện sang inverter) bằng 0 (không gián đoạn). Điều này bảo đảm cung cấp nguồn điện liên tục, ổn định cho các thiết bị CNTT. 

   - Chất lượng của nguồn điện cung cấp cho tải rất cao, có thể triệt được các nhiễu và đột biến trên mạng điện lưới do UPS thực hiện biến đổi năng lượng 2 lần (double conversion) từ điện lước (AC) chuyển đổi thành điện DC và sau đó chuyển đổi từ điện DC sang điện xoay chiều AC để cung cấp cho tải. 

   - Cho phép dễ dàng mở rộng (có thêm nguồn Battery bên ngoài) để đảm bảo yêu cầu về kéo dài thời gian lưu điện (cung cấp nguồn). 

   - Có khả năng quản lý, giám sát tình trạng hoạt động của UPS và tình trạng cung cấp nguồn điện cho tủ Rack (qua hệ thống quản lý tập trung). 

   - Thích hợp với các thiết bị đòi hỏi độ ổn định cao của nguồn điện cung cấp (như các thiết bị công nghệ thông tin). 

 

Nhược điểm: 

   - Tiêu hao năng lượng nhiều hơn so với công nghệ UPS Off-line, do trong quá trình hoạt động phải liên tục chuyển đổi nguồn điện lưới thành nguồn điện một chiều DC rồi lại tiếp tục chuyển đổi nguồn điện một chiều DC thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho tải. Tuy nhiên, với công nghệ tiên tiến như hiện nay, hiệu suất chuyển đổi của các thiết bị UPS True On-line đạt được rất cao (lên tới 96%) với hệ thống đầy tải, do đó năng lượng tiêu tốn cũng giảm đáng kể. 

   - Chi phí đầu tư cao hơn so với công nghệ UPS off-line. 

 

3.1.1. Công nghệ chia tải hệ thống UPS 

Hiện nay có 2 cách để chia công suất cũng như tăng công suất của UPS: 

   - Công nghệ UPS dạng khối công suất hệ thống UPS sẽ được chế tạo các khối chỉnh lưu nghịch lưu dạng cơ bản để đáp ứng theo công suất cố định.  

 

Ưu điểm:  

   + Chi phí đầu tư tiết kiệm 

   + Cấu hình đơn giản  

 

Nhược điểm: 

   + Hệ thống không mềm dẻo trong thiết kế lựa chọn công  suất cố định khi muốn mở rộng nâng cao công suất toàn hệ thống phải thực hiện mắc song song hoặc chia tải ra hệ thống UPS khác. 

   + Hệ thống dù lựa chọn công nghệ IGBT hiệu suất cao cũng chỉ đáp ứng được yêu cầu công suất cao tại mức tải cao, với mức tải thấp hiệu suất hoạt động của hệ thống UPS không cao  

   + Hệ thống khi muốn thay thế hỏng thiết bị, bảo trì bảo dưỡng gặp khó khăn trong việc thay thế các cấu kiện bị hỏng. Thời gian khắc phục sự cố chỉ số MTTR(Mean Time to Repair) lên đến hàng giờ, giảm tính sẵn sàng ( lower availability) 

   - Công nghệ UPS thiết kế theo đạng true module với yêu cầu công suất cao hệ thống sẽ phân ra thành nhiều moudle công suất nhỏ hơn: hệ thống UPS sẽ được  thiết kế theo cấu trúc module hoàn toàn từ các thành phân thành phần nguồn lực power module, thành phần chuyển mạch staticswitch module, hệ thống ắc quy .. 

 

Ưu điểm: 

   + Tăng khả năng sẵn sàng của hệ thống (Highest availability) hệ thống thiết kế hoàn toàn dưới dạng module cho phép thời gian thay thế sửa chữa hệ thống MTTR(Mean Time to Repair) giảm suống bằng đơn vị phút 

 

                                 Repair Munites                        Repair from the Manual - Hours         

   + Tăng khả năng mềm dẻo và tính mở rộng hệ thống (Expandable, Scaleable) với thiết kế dạng module hệ thống cho phép lựa chọn được giải công suất phù hợp với mức tải giảm chi phí đầu tư,khi cần thiết có thể tăng công suất bằng cách cắm thêm các module công suất thời gian thực hiện tính bằng đơn vị phút đảm bảo tính liên tục của quá trình hoạt động kinh doanh 

     

   + Giảm chi phí vận hành với thiết kế module cho phép các IGTBT module hoạt động tối đa công suất và ở hiệu suất cao theo kể cả khi tải thiết bị ở tình trạng thấp ( tai 30 % tải vẫn ở giá trí ~96% ở trế độ online) 

Nhược điểm:  

   + Chi phí đầu tư cao nhưng có thể bù đắp bằng chi phí vận hành giảm và giá trị của việc MTTR sẽ bù đắp cho độ tin cậy của công việc. 

 

3.1.2. Công nghệ chế tạo ắc quy và giám sát ắc quy 

   Hiện nay hệ thống ắc quy sử dụng cho UPS thường được dùng ở 2 dạng Ni/Cd và VRLA ( ắc quy trì kín không cần bảo trì). Với ứng dụng trong trung tâm dữ liệu thường sử dụng ắc quy VRLA. 

   Sự khác biệt của hệ thống ắc quy ở chỗ ắc quy xây dựng dạng module chuẩn có thiết kế đấy đủ giám sát hoặc hệ thống ắc quy đơn giản mắc theo chuỗi để cộng công suất. 

   - Với hệ thống ắc quy đơn giản cấu tạo gồm các ắc quy thông thường 12 V mắc nối tiếp với nhau để đảm bảo công suất, hoặc mắc song song để cộng thêo công suất  

 

Ưu điểm: 

   + Với hệ thống ắc quy này chi phí thấp do chỉ tốn chi phí ắc quy, giá tủ, đấu nối đơn giản sử dụng cáp, không làm hệ thống giám sát chất lượng cho các nhánh ắc quy  

   + Người dùng thuận tiện giám sát bằng mắt 

 

Nhược điểm: 

   + Hệ thông ắc quy mắc nối tiếp khi một blog ắc quy trung chuỗi bị hỏng ( nội trở quá thấp, áp quá thấp..) sẽ dẫn đến ảnh hưởng chất lượng của các ắc quy còn lại trong chuỗi. Nếu tiến hành sửa chữa thông thường sẽ phải thay toàn bộ ắc quy trong một chuỗi dẫn đến chi phí rất cao 

   + Cũng như các hệ thống không phải cấu trúc module thời gian thay thế sửa chữa MTTR cao hàng giờ có khi lên đến cả ngày làm gián đoạn hoạt đồng của trung tâm dữ liệu 

   + Hệ thống thường giám sát một cách đơn giản về nhiệt độ cả chuỗi ắc quy để bù nhiệt, điện áp ắc quy trạng thái MCCB đống cắt ắc quy. Muốn giám sát chất lượng của hệ thống ắc quy sẽ phải đầu tư thêm hệ thống giám sát riêng biệt, làm tăng chi phí đầu từ và phức tạp thêm hệ thống  

   - Hệ thống ắc quy sử dụng cấu trúc module và kết hợp giám sát chất lượng ắc quy 

 

Ưu điểm: 

   + Cũng như hệ thống nguồn cấu trúc module giúp người vận hành sửa chữa thay thế nhanh trong thời gian MTTR giảm xuống còn tính bằng phút. Người vận hành chỉ việc cắm rút các module thay vì phải sử dụng các công cụ để tháo lắp cáp đấu nối ắc quy. 

 

   + Với hệ thống chia ắc quy thành các module nhỏ giúp trong trường hợp một module ắc quy hỏng không ảnh hưởng đến các hệ thống ắc quy khác giảm chi phí sửa chữa vứi lỗi ắc quy  

   + Với việc chế tạo ắc quy dạng module được kiểm định lắp đặt tại nhà sản xuất chánh được các rủi ro trong quá chình thi công ( Ví dụ việc đấu nối cáp ắc quy vơi ắc quy dạng khối bị lỏng dẫn đến đánh lửa..). Tăng độ an toàn cho hệ thống cũng như người vận hành. 

   + Việc giám sát ắc quy: các module ắc quy được chế tạo sẵn sàng cho việc giám sát dòng điện, điện áp, nhiệt độ từng module ắc quy. Nhanh chóng phát hiện module ắc quy có tình trạng nguy hiểm, có thể cấu hình để thông báo trạng thái từng module đến người dùng. Việc này cho phép người vận hành phát hiện lỗi và ngăn chặn lỗi trước khi sự cố xẩy ra với tòan hệ thống.

 

Nhược điểm:  

   + Chi phí cho việc chế tạo module cũng như các công việc chuẩn hóa tăng chi phí đầu từ ban đầu nhưng bù lại bằng việc hệ thống đảm bảo an toàn cũng như khả năng giám sát quản lý cao như phân tích ở trên  

 

   + Ngoài ra bộ điều khiển cũng là yếu tố quyết định đến hoạt động của UPS chúng tôi đề xuất sử dụng lọai UPS có 2 bộ điều khiển và lắp đặt dạng module để đảm bảo khi một bộ điều khiển bị hỏng bộ điều khiển còn lại sẵn sàng hoạt động. Việc thay thế các bộ điều khiển chỉ bằng thao tác cắm rút 

 

3.1.3. Điều khiển và vận hành 

UPS được trang bị màn hình LCD để điều khiển và vận hành. Người sử dụng có thể theo dõi trạng thái của UPS, ắcqui, các cảnh báo và sự kiện (event logs) qua màn hình LCD. 

Hình: Màn hình điều khiển và hiển thị của UPS 

 

 - Màn hình hiển thị của UPS có thể hiển thị các thông số: 

   + Điện áp AC đầu vào (line – line) 

   + Dòng điện đầu vào của từng pha 

   + Tần số đầu vào 

   + Điện áp ắcqui 

   + Dòng điện xả/nạp ắcqui 

   + Nhiệt độ ắcqui 

   + Điện áp AC đầu ra (line – line; line – neutral) 

   + Dòng điện đầu ra của từng pha 

   + Phần trăm tải (%) trên inverter 

   + Tần số đầu ra 

   + Công suất biểu kiến và công suất thực 

   + Thời gian còn lại trong chế độ hoạt động bằng ắcqui 

   + Các cảnh báo và sự kiện