ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS · 2018-10-16 · ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS CONSUMO DE ENERGÍA EN CENTROS DE DATOS 1 Puntos claves de optimización Eficiencia

ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN

UPS

ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS

CONSUMO DE ENERGÍA EN CENTROS DE DATOS

1

Puntos claves de optimización

Eficiencia Energetica» Reducción del OPEX

» Sostenibilidad

» Cumplimiento de Regulaciones

Eaton 9395 UPS

Source: CEMEP UPS

La Solución en cuanto a UPSEnergy Advantage Architecture

» Tecnología de Innovación propia que garantizauna alta eficiencia sin compometer la confibilidadde la operación.


Dos tecnologías propias de Eaton que maximizan el desempeño

y la confiabilidad de la operación de las UPS

2

Arquitectura de Alta Eficiencia

✓ Aumento de Eficiencia

✓ No se compromete la confiabilidad

Energy Saver Systems (ESS)» El máximo ahorro: 99% de eficiencia

» Automática y rápida transferencia a modo dobleconversion cuando se require (en menos de 2 ms)

Variable Module Management System (VMMS)» Maximiza la eficiencia operando en doble conversion.

» Aplicable a sistemas sencillos o multi-UPS


ESQUEMA GENERAL DE UNA UPS

3Baterías

Entrada AC

Rectificador/Cargador Inversor

DC Link

Salida AC

Bypass


Arquitectura de Alta Eficiencia en UPS

Sistema de Administración Modular (VMMS)

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El Reto para las UPS’s✓ En modo Doble Conversión la eficiencia de

las UPS varia de acuerdo al porcentaje de carga del equipo.

✓ La eficiencia más alta se logra acercandose a la plena potencia

✓ Las UPS usualmente no se cargan a plena capacidad.

Esto sucede con sistemas redundantes✓ Como maximizar la eficiencia de estos

equipos cuando la carga es baja

Solución:

9395 - VMMS

La Solución: Eaton VMMSCómo maximizar la eficiencia en sistemas de UPS de doble conversion, multi modulo o redundantes, cuando se trabaja a bajacarga?

Solución #2 (+++)

Sistema VMMS de Eaton con UPS 9395

» Automaticamente optimizar la eficiencia a nivel de cadaUPM

• Concentrar la carga en algunos modulos de UPS’s para maximizar el nivel de carga del Sistema completo

» Solo es posible, gracias a la modularidad del sistema Eaton

9395

• No se limita a sistemas de multiple-UPS

• Alcanzable gracias a la modularidad de Soluciones con UPM’s.

Solución #1 (+)Concentrar la carga en algunos modulos de UPS’s para maximizar el nivel de carga del Sistema completo

» Algún ahorro de energía

• Limitado a sistemas de multiples UPS (con varias UPS enparalelo)

• No es totalmente optimo

Tecnología compatible con VMMS

MAINS INPUT

OUTPUT& LOAD

Inverter

Battery

Rectifier

480V +/-20%65…65 Hz

THD(i) 3...5%PF..0,99

VdcVac Vac

BYPASS INPUT

480V +10%, -15%55…65 Hz

Bypass Estático para sobrecarga y despeje de fallas

InverterRectifierVdc

INTERNAL REDUNDANTfrom 550kVA and up

Battery

480V +/- 1%60 Hz +/-1%VHD 1…5%

OPERACION NORMALUPS de 550 KVA

Server Load:0.7lag…0.9leadNon-linear

ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS8

La Solución: Eaton VMMS

VMMS puede usarse en sistemas multi modulo

(multiples-UPM) sistemas 9395

» Sistemas sencillos desde 550kVA a 1100kVA

» Sistemas paralelo distribuidos con SBM

Aplicaciones Típicas donde VMMS es eficiente

» UPS con Redundancias N+1 y 2N

• Equipos con baja carga: < 45% de carga, donde la eficiencia no es óptima.

» Data Centers, especialmente cuando las UPS

alimentan servidores de Fuente dual.


La Solución: Eaton VMMS

Ejemplo con una misma carga aplicada a Diferente configuraciones Multi-UPS

La Solución: Eaton VMMS - Tecnología de Rápido Arranque

ABC

+DC

-DC

ABC

+DC

-DC

UPS

RECTIFIER

INVERSOR ON INVERSOR EN MODO SUSPENDIDO

Pumpback Diode El diodo en el inversor drena el exceso de energía de regreso al DC link durante el apagado del transistor o la transferenciaa On Line y Off Line.

El mismo circuito de inversor con transistors apagados.• Los diodos de bloqueo rectifican el bus crítico de salida y crean cerca de 700 VDC en los buses positive y negativo.• Los diodos de bloqueo actuan como un puente rectificador trifásico.


El VMMS permite mover

las curvas de carga a la

zona de más alta

eficiencia de las UPS (acorde con los requerimientos

de sistemas redundantes)

hasta N+0 VMMS

La Solución: Eaton VMMS9395 UPS Eficiencia

78

80

82

84

86

88

90

92

94

96

Carga kVA

Efi

cie

nc

ia%

Eaton 9395 275kVA UPS




9395 275kVA

9395 550kVA

9395 825kVA

9395 1100kVA9395 VMMS N+0

Typical Operations Range

Notas:

- Dibujo a escala

- Curvas VMMS y N+0 usando VMMS con carga de los

UPM al 80% (*)

9395 550kVA with VMMS and N+0 configuration*9395 825kVA with VMMS and N+0 configuration*9395 1100kVA with VMMS and N+0 configuration*

12 ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS

Energy Saver SystemDoble Conversión por demanda


* Underlying figures from The Invisible Crisis in the Data Center: The

Economic Meltdown of Moore’s Law, Uptime Institute, 2007

Diferencias entre sistemas de UPS doble conversion y ESS


La Respuesta— Energy Saver System

✓ Eficiencia99% de eficiencia.

✓ InteligenteDetecta variaciones en la calidad de energía del proveedor y corrige unicamente cuando es necesario.

✓ ConfiableProvee topologia de doble conversion asegurando continuidad en la operación de la carga.


Uso de subsistemas basados en la calidadde la energía de entrada

Calidad de la entrada Modulos Activos


Curva ITI (CBEMA)

Tiempo de Respuesta del ESS

Tolerancia de los sistemas IT.

20 mS…..1/50th de segundo

Switch Estático Digital (STS).4 mS…..1/250th de segundo

ESS.1.2 mS total…1/830th de segundo(En Inversor ienganchas engaged in 620 micro-

seconds!)

DVT TestTest Setup

• Source Channels -> 3,5,&7

• Output/Load Channels -> 4,6,&8

• Load -> 100KW Resistive

• Unit -> 275KVA IR (Internal Redundant) with Common Battery

Test Description

• 1/2 cycle 0% dropout sequence (All Phases)

(0% is a low impedance (short) source fault)

Test Result

• 1.2ms Transfer Time (600us detection time plus 600us SCR clearing time).



Test DVT

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Test Setup



• Load -> 225KVA ∆Y Transformer with 100KW Resistive Load

• Unit -> 275KVA IR (Internal Redundant) with Separate Batteries

Test Description

• 40 cycle 40% dropout sequence (All Phases)

Test Result

• 1.6ms Transfer Time (1ms detection time plus 600us SCR clearing time).


DVT Testing - Single Phase

20

Test Setup



• Load -> 100KW Resistive

• Unit -> 275KVA IR (Internal Redundant) with Common Battery

Test Description

• 1 cycle 0% dropout sequence (phase L1)

(0% is a low impedance (short) source fault)

Test Result

• 1ms Transfer Time


Respuesta del ESS frente a curva ITIC 2000

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Respuesta ante los transientes?

Ya sean en modo ESS o modo VMSS, los filtros de salida del inversor están continuamente en linea, filtrando cualquiertransiente en la linea

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Inline inductor

Inverter Filter


Operación durante fallas, modo alerta

High Alert Mode:

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Detección de tormentas:

La detección de tormentas se configure en la UPS, bloqueando al modo Doble Conversión

realiza tres anomalias de red han forzado a la UPS a ir al modo Doble Conversión en

menos de una hora. El Sistema permanecerá en modo alerta por una hora despues de

la última anomalia por una hora antes de volver al modo ESS. Es posible configurar este

tiempo dependiendo de la zona de operación


Operación durante fallas (corto circuito)

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ESS Detección de Falla de Salida (Disparo de un Breaker)

En modo ESS la UPS puede detector la diferencia entre una caida de la carga y un corto aguas abajo.

Si una caida de carga es detectada, la UPS permancerá en modo ESS. Si la falla es por un corto aguas abajo de la UPS,

la UPS inmediatamente hará una retransferencia en menos de 2 mS.

Comportamiento del ESS ante sobrecargas

Si la carga exceed el 110% de la capacidad de la UPS, en modo ESS, la UPS transferirá a modo bypass y permanecerá

así hasta que la sobrecarga sea corregida. Una vez la sobrecarga es corregida, la UPS, transferirá a modo ESS.


El modo ESS permite grandes ahorros de energía inclusive a bajas cargas

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Eficiencia ESS — 99% a lo largo de toda la curva de operación

https://www.youtube.com/watch?v=qcLtFJojMg0


Comparativo de eficiencias cuanto se ahorra

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Marca de UPS

Modelo UPS 93PM-100

CAPACIDAD 100 KVA 100 KVA

POTENCIA DE SALIDA 100 KW 100 KW

POTENCIA DE SALIDA PARA COMPARAR SOBRECOSTO DE EFICIENCIA 100 KW 100 KW

EFICIENCIA AC-AC 99,0% 95,0%

CONSUMO DE POTENCIA DE LA RED TOTAL 101,01 KW 105,26 KW

CONSUMO DE POTENCIA DE LA UPS INTERNAMENTE 1,01 KW 5,26 KW

REQUERIMIENTO DE REFRIGERACION 0,29 TR 1,50 TR

CONSUMO DEL AA DE LOS EQUIPOS 0,34 KW 1,75 KW

TOTAL CONSUMO ELECTRICO UPS Y AA PARA CUARTO UPS 1,35 KW 7,02 KW

VALOR DEL KW-H

COSTO ANUAL DE ENERGIA PARA OPERACIÓN DE UPS $ 5.309.091 $ 27.663.158

AHORRO ANUAL DE OPERACIÓN $ 22.354.067

COSTO DE OPERACIÓN DURANTE UNA VIDA DE 10 AÑOS (*) $ 43.536.808 $ 226.849.681

AHORRO EN CONSUMO DE ENERGIA EN 10 AÑOS: $ 183.312.874

AHORRO EN CONSUMO DE ENERGIA EN 10 AÑOS: US$ 61.104

AHORRO EN CONSUMO DE ENERGIA EN: 4,0% 80,81%

Para el consumo de los HVAC se tuvo en cuenta un requerimiento eléctrico promedio de 0,34 KW / KW de refrigeración. Realizo: Hugo Pachón

(*) Se asume una tasa de 8% anual y una inflación del 4,5% anual. TRM: $ 3.000

COMPARATIVO DE EFICIENCIA

Ofrecida Actual

Eaton Otro (95%)

$ 450


ESS TRABAJANDO

30


https://www.youtube.com/watch?v=OL7DIfYcJKs


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