ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN
UPS
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
CONSUMO DE ENERGÍA EN CENTROS DE DATOS
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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.
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
Dos tecnologías propias de Eaton que maximizan el desempeño
y la confiabilidad de la operación de las UPS
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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
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
ESQUEMA GENERAL DE UNA UPS
3Baterías
Entrada AC
Rectificador/Cargador Inversor
DC Link
Salida AC
Bypass
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
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.
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS9
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.
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS10
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
Eaton 9395 550kVA UPS
Eaton 9395 825kVA UPS
Eaton 9395 1100kVA 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
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS13
* 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
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS14
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.
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Uso de subsistemas basados en la calidadde la energía de entrada
Calidad de la entrada Modulos Activos
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS16
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).
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS18
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
Test DVT
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Test Setup
• Source Channels -> 3,5,&7
• Output/Load Channels -> 4,6,&8
• 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).
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
DVT Testing - Single Phase
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Test 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 cycle 0% dropout sequence (phase L1)
(0% is a low impedance (short) source fault)
Test Result
• 1ms Transfer Time
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
Respuesta del ESS frente a curva ITIC 2000
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ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
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
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
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
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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.
ARQUITECTURA DE ALTA EFICIENCIA EN UPS
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
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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
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ESS TRABAJANDO
30
https://www.youtube.com/watch?v=qcLtFJojMg0