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伊顿UPS 与储能系统可靠性设计要点全揭秘!

更新时间  2022-11-08 10:32:03 阅读 65

最近,由中国电力学会发起“电力电子装置的可靠性”第六期为主题“电源云讲堂”在云端举行。伊顿电气亚太地区关键能源技术平台研发经理曹磊通过《不间断电源》(UPS)还有储能变流器(PCS)可靠性设计论述了高可靠性产品的实现。

接下来,让我们一起回顾一下这次云之旅!

通过伊顿UPS,曹磊详细介绍了光伏和微电网储能系统的各种工作模式,提出如果提出了光伏和微电网储能系统的功能框图,伊顿UPS整流器采用双向能流设计,将具有储能并网发电能力,并且UPS该系统包含了储能应用中的所有功率子件。UPS还有储能变流器(PCS)可共用核心功率变换模块设计。

功率转换设备的可靠性是功率转换设备的可靠性UPS与储能系统的核心价值相比,可靠性设计是一个非常复杂的系统工程。安装运行环境复杂,生命周期长,维护成本高,影响系统健康运行。一旦出现严重故障,将给用户带来巨大的经济损失。

模型与评估

让可靠性有据可依

伊顿一直专注于实现产品安全和可靠性,通过标准和科学的模型工具,结合可靠性估计方法,使可靠性贯穿整个产品开发周期,希望模型能为电能变换装置的优化设计提供参考。

*概念阶段

可靠性的关键词是目标。定义系统和产品。MTBF,可靠性、年不良率等可靠性要求。

*定义阶段

可靠性关键词是分配。应用可靠性模型将系统可靠性需求逐层分解为子系统和元器件。

*设计阶段

可靠性的关键词是估计。预测、评估、优化各部分的可靠性,利用应用模型设计系统使之鲁棒。

*验证阶段

可靠性关键词是论证,应用可靠性模型从下到上评价各级可靠性,开发可靠性增长模型,验证生产过程。

*批量生产和审计阶段

对大批量生产产品的持续监控和改进,以及产品的维护和审计。

关键元件

打造高可靠产品的核心

以UPS以产品为例,曹磊分析了产品UPS功率模块可靠性设计的许多要点。UPS可靠性模型属于串联模型,故障率是每个模块的总和。因此,功率半导体、电感、滤波电容、母线电容等关键部件是决定其可靠性的主要因素,伊顿也给出了具体的建议。

*功率半导体

与分离器件等方案相比,建议选择模块包装功率半导体,UPS设备较少,一致性和均流性能较好,换流回路设计和散热方案设计更简单,内置温度采样接近芯片温度,可提供更快的过温保护和更准确的寿命预测。

*薄膜滤波电容

建议选择金属壳油浸式电容器。与传统的塑料壳干式电容器相比,密封性能更好。单体可通过严格的双85(85%湿度/85度)2000小时验证,内置故障保护装置可消除UPS电容失效引起的烟雾和火灾风险。

*风扇

推荐选用DC风扇与PWM无级调速方案可根据负载和温度调节风扇速度。在大多数情况下,风扇速度低于最高速度,避免因最大固定速度而缩短使用寿命,获得可靠性、效率和低噪声的最佳解决方案。

同时,使用寿命加速试验(ALT)对于关键部件的建模,不仅可以在设计阶段确认产品在不同工况下的运行寿命,还可以通过产品运行中的寿命预测进行预防性维护,提高产品整个生命周期的可靠性。

产品实现

伊顿UPS可靠性进阶

曹磊基于多年的研发经验,对高可靠性进行了研发UPS总结了功率模块方案设计的考虑点,涵盖了控制拓扑结构的复杂性、关键设备的可靠性、减少冗余设计故障影响、合理规划风道布局等。UPS所有必要的优秀技能都在伊顿93PR大功率模块化系列UPS在产品中实现。

01UPS与PCS共用功率模块

数据中心产业能数据中心产业正在加快能源转型步伐。PR200-1200kWUPS基于储能应用,采用双向整流拓扑,UPS与PCS共用功率模块,统一的设备类型减少了关键部件的数量,保证了连续供电和储能应用的高可靠性,并以97.5%的双转换效率帮助数据中心低碳运行。

02独立风道高效隔离热源

在关键设备选择上,伊顿93PR系列UPS遵循可靠性设计,成熟应用IGBT模块包装技术,金属壳油浸式电容,DCPWM无级智能调速风扇。与此同时,,针对。UPS伊顿独立设计了长管,以减少对热敏元件的影响。

主风道仅通过直流母线电解电容、功率主散热器和电感,通过风扇的优化布局,直流母线电解电容位于进风口,其他电路设备位于主风道外,不受主加热器热辐射影响,不易积尘,低温环境运行使各设备寿命更长。整体散热器和特殊的平均温度设计也使各功率半导体模块获得更好的平均温度,消除“木桶效应”。

系统冗余设计不止一点

93PR系列UPS功率模块不仅基于模块化系统架构进行冗余设计,还可以根据负载自动设计N+X冗余、辅助电源旁路模块、风扇也采用冗余设计,降低或避免了关键设备故障造成的停机风险。

动力可靠性数字化定义

伊顿UPS产品监控与寿命预测平台PredictPulse,结合伊顿元件寿命建模技术、内置多功能传感技术、云大数据分析技术等创新应用,准确预测风扇、电容器、半导体等关键设备的寿命,为预测性维护提供数据支持。

“双碳”战略上,数据中心正在不断探索风景绿电的应用,以提高能源利用效率。伊顿依它。UPS在微网控制、电池管理、功率变换等领域拥有60多年丰富的经验和全球实践,以及深厚的技术底蕴,全力打造储能型UPS产品聚焦能源需求侧,可满足用户削峰填谷、电能质量管理等不同能源需求,以高可靠性帮助数据中心能源改革。