Cat飞轮储能UPS介绍

THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCAT飞轮储能UPS介绍THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•飞轮技术广泛地用于机械系统比如发动机飞轮，用来储存机械能、均衡发动机转速。•飞轮储能是通过加速一个转子（飞轮）到很高转速并保持来实现，当系统能量释放时，飞轮的转速随着能量的减少而降低；增加能量时就提高飞轮转速。•当代的储能飞轮技术发展：提高飞轮储能量，减小飞轮占地，降低飞轮重量，同时降低飞轮成本。飞轮技术THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•CAT飞轮储能UPS•转子式UPS机械储能UPS技术THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY柴油机旋转式UPS(1)柴油机,(2)感应耦合器(3)发电机组成THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY供电侧转子式UPS转子式UPS拓扑THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY输入接触器静态分断开关厄流线圈滤波电感市电转换器输出接触器旁路静态开关DCACDSP数字信号处理和监控飞轮转换器飞轮DCAC旁路接触器Cat飞轮UPS拓扑THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY飞轮，电动机-发电机转子电场间隙整合于定子线圈中的磁力轴承可现场更换的球轴承组件定子线圈非永磁设计允许高切线速度和高功率输出光滑的背铁，无槽，低耗损CAT电动机/发电机一体化飞轮THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•飞轮在真空环境下持续旋转（~7700rpm）•飞轮以动能形式存储能量•供电中断时，飞轮靠惯性继续旋转•此时设备类似一台发电机，将动能转换成电能•每个飞轮容量250kVA，满负载情况下可提供15秒供电时间•12cm高;65cm直径;272kg重CAT飞轮特点THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY(IGBT):InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅二极晶体管•高切换速度•高电流承载能力•低电压差=高效率•坚固设计=高可靠性•不同于SCR，没有谐波产生IGBTs高速IGBTTHEPOWERSOLUTIONSCOMPANYABC3相主电枢ABC高电压直流母线50Hz~1000Hz飞轮IGBT电力转换通过双向变换IGBT进行电力转换THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY可调整电压公差窗口瞬时电压基准50微秒（20KHz）采样输入电压高速IGBT的好处UPS输出电压控制THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYDCAC市电转换器输入电压低输入电压高IReg+--+IReg电压调整飞轮转换器飞轮DCACTHEPOWERSOLUTIONSCOMPANY动态电压调整NominalVoltage+10%-10%(-15%)RMSVoltagesampledevery5cycles+1%-1%THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•电压调节是通过将市电与逆变器间的无功电流经过线性电感时形成转换来实现的•当输入电压低时（滞后），逆变器将提供电压补偿•输入电压高时（超前），逆变器将吸收到高出的部分•输入电压正常事，无需补偿，输入功率因数1.0持续的电压调节THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•瞬态采样率––50微秒•以50微秒的采样率对瞬态电压与标准参考电压间进行比照•电压扰动,可在1毫秒内恢复到设定电压.–从检测到恢复电压100微秒(1PWMcycle)–1毫秒内从检测到完全恢复电压–瞬时能量来自800VDC直流母排.瞬态响应THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY超强的过载能力•过载达1000%-10毫秒•过载达200%-30秒•过载达125%-10分钟•过载达500%-1秒THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYDCACIIn=输入电流ILkW=实际负载电流IHarm=谐波电流IHarm市电转换器谐波电流抵消飞轮转换器DCACTHEPOWERSOLUTIONSCOMPANY-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.2090180270360450540630720-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.2090180270360450540630720-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.2090180270360450540630720带谐波成分的负载UPS修正最终输入电源UPS抵消和谐波电压的叠加：电压谐波抵消快速采样&快速修正THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY谐波电流抵消THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY效率曲线THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCAT飞轮UPS产品系列UPS120UPS250UPS250N+1/500UPS750/750N+1/1000THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY飞轮储能单元真空泵交流/直流输出电控部分UPS250–内部视图THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY06/09/11UPS500–内部视图THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCATUPS500N+1/750/1000未显示可选N+1冗余模块THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCatUPS系统:特点及优势传统250kVAUPS及最小配置的电池柜250kVACATUPS占地–3.7平方米重量–6500公斤.发热量-52,269英热单位（btu）占地–1.3平方米重量–3365公斤发热量-21,900英热单位（btu）THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCAT飞轮UPS系统:使用寿命长3到5年的蓄电池使用寿命,性能随使用时间不断下降无需更换THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCAT飞轮UPS系统:高效节能•90-94%•部分负载时更低97%-98%THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY绿色环保•98%的系统效率，高效节能•CO2排放低•降低碳排放75%•系统66%可回收利用•环境适应能力强，无需空调环境•无蓄电池化学毒害THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCAT飞轮UPS系统:维护简单蓄电池维护,测试等进气滤网清洁THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCATUPS系统:紧凑型设计250kW系统占地3.7平方米(电池按最小5-7分钟配置)250kW占地1.3平方米THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCATUPS系统:无需空调有严格的运行温度要求0o到40oc的标准运行温度THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYCAT飞轮UPS系统(TCO)分析总体拥有成本（TCO）是全球通用的衡量配电系统经济性的重要指标，其主要包括系统的初期投入，运营费用，维护成本THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYTHEPOWERSOLUTIONSCOMPANY飞轮UPS传统供电系统34TCO较传统系统可节省60%以上，容量越大，时间越长，经济性越明显以10MW数据中心数据为例耗电成本降低75%占地成本节约50%+制冷成本节约30%+维护成本节约80%+无需单独电池间及制冷设备投入THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY人机界面硬件•10”彩色LCD显示屏•触摸屏输入/浏览•USB端口(用于文件下载)•通过网站远程监视•可现场更换•有背光，可设背光计时器•装在系统柜门上–紧急停机按钮（EPO），带保护罩–蜂鸣器消音按钮THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•头标栏设有浏览按钮•侧边显示系统状态和关键参数•遥测参数–实时和曲线–整个系统和单个MMU•事件–300个事件可在屏幕上察看–2000个事件存储供下载或e-mail–可定制告警方式•服务–维护间隔和提示–步骤指导和下载•多层权限(用户，系统管理员，技工)人机界面THEPOWERSOLUTIONSCOMPANYEthernet以太网SNMPModbusTCP/IPe-mail邮件通知标配内部modemRS-232UPSView监控软件RS-485ModbusRTU建筑管理SCADA系统远程监控/告警THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY提高机组启动成功率10倍参数模拟显示参数数字显示事件记录参数显示和事件记录THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•每季度–检查机组–拆下柜门上的防尘网并清洁•每年–更换真空泵机油•每隔48个月–更换上、下飞轮轴承–更换显示屏单元的电池CAT飞轮UPS的保养THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY*10MW电力系统–美国佐治亚州亚特兰大QTS数据中心数据中心项目案例THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY小空间里的大数据中心•可扩容的供配电系统架构–客户的要求–负载为计算机服务器–15mx31m的占地面积上最大电力超过8MW–负载将增长到现有容量–要求整个系统应保证在设备保养时正常工作–没有特殊的环境限制•可扩容的供配电系统架构–设计–从2到12MW可扩容–整个系统N+1冗余，满足Tier3基础架构等级要求–采用开关柜完成逻辑控制，没有单故障点（如ATS）–在正常负载受保护时能够保养和假负载测试所有的设备THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY单节点–2MW2UPS1200UPS输出开关柜开关柜市电变压器切换UPS1200切换发电机组发电机组关键负载THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY正常模式THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY紧急模式THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY双节电–4MW另一个节点THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY10MW占地2UPS1200UPS输出开关柜开关柜市电变压器切换UPS1200切换发电机组发电机组THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•5台10MVA市电变压器•5套主备柴油发电机组并机柜+1套替换柴油发电机组并机柜•5台2250KW主备Cat柴油发电机组•10台1200KVACat飞轮UPS，两个一组，背靠背安装•10套UPS输出并机柜+1套替换UPS输出并机柜•1台替换1200KVACat飞轮UPS•1台替换2250KWCat柴油发电机组10MW数据中心电源系统的主要设备THEPOWERSOLUTIONSCOMPANY•每年节约的电费（以下均按10台UPS计算）–高UPS效率可节约：$406,660•Cat飞轮UPS效率按96.7%，蓄电池效率按90%–免蓄电池间空调可节约：$304,770•每年节约的维护费：$100,000–Cat飞轮UPS无蓄电池，维护成本低•节约蓄电池间可供出租带来的收益：$32,880•2008年投入使用，至今节约了一次蓄电池更换的费用：$1,200,000，按4年换电池，平均每年节约$300,000•总计每年节约$1,047,723节能分析Cat飞轮UPS传统蓄电池UPS节约的费用UPS功率KVA12001200负载KW900900每年的电费$27,255.01$88,739.37$61,484.36每年的维护费$10,000.00$20,000.00$10,000.00蓄电池更换费$0.00$30,000.00$30,000.00占地面积5.5211.00$3,288.00小计$104,772.36$1,047,723.6110MW数据中心电源系统节能总计（x10）