Câu hỏi thường gặp

Khi lựa chọn hệ thống UPS, chi phí ban đầu chắc chắn sẽ là yếu tố được xem xét và điều này đôi khi khiến các tổ chức mua sản phẩm kém hơn với giá thấp hơn. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải kiểm tra kỹ các điều khoản nhỏ để đảm bảo bạn đã chọn một hệ thống mô-đun thực sự đáp ứng đúng mục đích đề ra: bảo vệ nguồn điện quan trọng cho trung tâm dữ liệu của bạn với mức độ khả dụng cao nhất.

Thú vị là với một số hệ thống UPS chất lượng cao hơn, thường có thể tiết kiệm chi phí trong dài hạn nhờ hiệu suất cao hơn, từ đó làm giảm chi phí vận hành và tổng chi phí sở hữu (TCO) thấp hơn; do đó, việc thực hiện phân tích chi phí toàn diện thường rất đáng để tính toán.

Vì vậy, với mục tiêu chính của mình, các trung tâm dữ liệu có thể lựa chọn hệ thống UPS như thế nào để tối đa hóa mức độ khả dụng? Về cơ bản, hệ thống không được có bất kỳ điểm lỗi đơn lẻ tiềm ẩn nào. Việc hiểu rõ cấu hình và định nghĩa chính xác về một hệ thống mô-đun trước khi hoàn tất giao dịch là vô cùng quan trọng.

Ở mức cơ bản nhất, một bộ nguồn điện liên tục (UPS) độc lập duy nhất bảo vệ tải quan trọng được gọi là cấu hình hệ thống N. Tuy nhiên, một bộ UPS độc lập không có khả năng dự phòng nào nếu thiết bị gặp sự cố hoặc phải ngừng hoạt động để bảo trì phòng ngừa. Việc kết nối song song một bộ UPS độc lập thứ hai có cùng công suất định mức sẽ cung cấp khả năng dự phòng và được gọi là cấu hình N+1. Cũng có thể kết nối song song nhiều bộ UPS độc lập có công suất định mức nhỏ hơn để đạt được cùng nguyên lý này.

Một định nghĩa khác về hệ thống mô-đun là một bộ UPS độc lập được thiết kế và sản xuất theo định dạng mô-đun. Các thành phần chính như bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu và công tắc tĩnh đều được thiết kế dưới dạng mô-đun. Ví dụ, nếu bộ chỉnh lưu gặp sự cố, nó có thể dễ dàng được thay thế. Tuy nhiên, thách thức của cấu hình này là nếu một thành phần nào đó thực sự bị hỏng, toàn bộ chức năng của bộ UPS sẽ ngừng hoạt động theo. Đây có thể là một hệ thống mô-đun, nhưng mức độ khả dụng của nó sẽ không đáng tin cậy.

Một giải pháp tốt hơn là điều chúng tôi gọi là: bộ lưu điện (UPS) mô-đun thực sự. Đây là loại UPS bao gồm nhiều mô-đun UPS độc lập được đặt trong một khung chung. Mỗi mô-đun riêng lẻ đều là một bộ lưu điện đầy đủ, tích hợp cả bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu và công tắc tĩnh, đồng thời tất cả đều hoạt động trực tuyến song song với nhau. Ví dụ, sáu mô-đun UPS 50 kW thường được lắp đặt trong một khung duy nhất, tạo thành cấu hình dự phòng 300 kW theo kiểu N+1. Khi cần thiết, việc thay thế nóng (hot-swap) một mô-đun chỉ mất vài giây (khoảng 30 giây), trong khi các mô-đun còn lại tiếp tục bảo vệ tải quan trọng.

Hệ thống không bao giờ cần chuyển sang chế độ tắt bảo trì (maintenance bypass) và do đó không bao giờ phải vận hành trực tiếp trên nguồn điện lưới thô.

Một số hệ thống mô-đun khác bao gồm bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu trong các mô-đun của chúng, nhưng công tắc tĩnh được tập trung hoá và tách biệt. Điều này dẫn đến khả năng xảy ra điểm lỗi duy nhất. Việc thay thế một công tắc tĩnh riêng lẻ có thể chỉ mất vài phút, nhưng tuỳ thuộc vào vị trí lắp đặt, kỹ sư bảo trì có thể phải mất hàng giờ đồng hồ để di chuyển tới hiện trường nhằm thực hiện việc thay thế. Trong suốt khoảng thời gian đó, hệ thống không thể chuyển sang chế độ chuyển mạch tĩnh dự phòng. Với một hệ thống mô-đun thực sự—trong đó công tắc tĩnh được tích hợp trong từng mô-đun—các mô-đun còn lại trong khung UPS sẽ tiếp tục bảo vệ tải cho đến khi mô-đun bị lỗi được thay thế. Điều này làm tăng đáng kể mức độ khả dụng của hệ thống.

Chúng tôi đã phát triển thế hệ mới nhất của hệ thống UPS mô-đun thực sự, mang lại hiệu suất điện năng vượt quá 0,99, cùng chi phí sở hữu tổng thể (TCO) thấp nhờ giải pháp Quản lý Hiệu suất Tối ưu (MEM) và tổn thất năng lượng thấp. Đội ngũ thiết kế của chúng tôi đã hợp tác với các trung tâm dữ liệu trong nhiều năm qua, luôn đi đầu trong lĩnh vực phát triển công nghệ.

1. Bộ biến tần cao tần:

Sử dụng công nghệ chuyển mạch tần số cao, các phần tử chuyển mạch tần số cao được dùng để thay thế máy biến áp tần số lưới trong bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu của UPS, thường được gọi là máy tần số cao. Máy tần số cao có kích thước nhỏ và hiệu suất cao.

2. Máy tần số lưới:

UPS sử dụng máy biến áp tần số lưới làm thành phần chỉnh lưu và nghịch lưu thường được gọi là máy tần số lưới.

Máy tần số cao so với máy tần số công nghiệp.

2-1: Máy tần số cao không có biến áp cách ly, và dây trung tính đầu ra của nó mang dòng điện tần số cao, chủ yếu xuất phát từ nhiễu hài của lưới điện xoay chiều, dòng điện đập mạch từ bộ chỉnh lưu UPS và bộ nghịch lưu tần số cao, cũng như nhiễu hài từ tải. Điện áp gây nhiễu không chỉ có giá trị cao mà còn rất khó loại bỏ. Tuy nhiên, điện áp giữa dây trung tính và dây nối đất đầu ra của máy tần số công nghiệp lại thấp hơn và không chứa thành phần tần số cao, điều này đặc biệt quan trọng đối với tính bảo mật trong truyền thông của mạng máy tính.

2-2: Đầu ra của máy tần số cao không được cách ly bằng biến áp. Nếu thiết bị công suất nghịch lưu bị chập mạch, điện áp một chiều cao trên thanh cái một chiều (DCBUS) sẽ được đưa trực tiếp tới tải, tạo thành mối nguy hiểm về an toàn; tuy nhiên, vấn đề này không tồn tại ở máy tần số công nghiệp.

2-3: Máy tần số công nghiệp có khả năng chịu tải va đập mạnh.

1. Tỷ lệ năng lượng tương đối cao. Với mật độ năng lượng lưu trữ cao, giá trị đã đạt 460–600 Wh/kg, cao gấp khoảng 6–7 lần so với ắc-quy chì-axit;

2. Tuổi thọ dài, có thể kéo dài hơn 6 năm. Pin sử dụng lithium sắt phốt phát (LiFePO₄) làm cực dương, khi sạc/xả ở dòng 1C (độ sâu xả DOD 100%), đã ghi nhận được tới 10.000 chu kỳ sử dụng;

3. Điện áp định mức cao (điện áp làm việc đơn là 3,7 V hoặc 3,2 V), tương đương với điện áp nối tiếp của 3 pin sạc nickel-cadmium hoặc nickel-hydride kim loại, thuận tiện để tạo thành cụm pin năng lượng;

4. Khả năng chịu tải công suất cao, pin lithium-ion lithium sắt phốt phát được sử dụng trong xe điện có thể đạt khả năng sạc/xả từ 15–30C, thuận tiện cho việc tăng tốc khởi động cường độ cao;

5. Tỷ lệ tự xả rất thấp, đây là một trong những ưu điểm nổi bật nhất của pin. Hiện nay, giá trị này thường đạt dưới 1%/tháng, thấp hơn 1/20 so với pin nickel-hydride;

6. Trọng lượng nhẹ, khối lượng chỉ khoảng 1/5–1/6 so với sản phẩm chì-axit ở cùng thể tích;

7. Khả năng thích nghi tốt với nhiệt độ cao và thấp, có thể hoạt động trong môi trường từ -20°C đến 60°C; sau khi xử lý đặc biệt, có thể sử dụng trong môi trường lên đến -45°C;

8. Xanh và bảo vệ môi trường: Dù trong quá trình sản xuất, sử dụng hay loại bỏ, sản phẩm đều không chứa hoặc sinh ra bất kỳ nguyên tố kim loại nặng độc hại nào như chì, thủy ngân, cadimi, v.v.;

9. Quá trình sản xuất cơ bản không tiêu tốn nước, điều này rất có lợi cho các quốc gia thiếu nước.

Pin là một thành phần quan trọng trong hệ thống nguồn điện liên tục (UPS). Việc bảo trì pin một cách hợp lý có thể làm chậm tốc độ lão hóa của pin, kéo dài tuổi thọ pin, giảm đáng kể tần suất thay thế pin và hiệu quả tiết kiệm chi phí vận hành.

1. Duy trì nhiệt độ môi trường phù hợp có thể kéo dài tuổi thọ pin của UPS

Nói chung, yếu tố ảnh hưởng đến pin dự phòng không gián đoạn (UPS) là nhiệt độ môi trường xung quanh. Thông thường, nhiệt độ môi trường lý tưởng do nhà sản xuất pin quy định nằm trong khoảng 20–25°C. Mặc dù việc tăng nhiệt độ giúp cải thiện dung lượng xả của pin, nhưng cái giá phải trả là tuổi thọ pin bị rút ngắn đáng kể. Theo kết quả thử nghiệm, khi nhiệt độ môi trường tự nhiên vượt quá 25°C, tuổi thọ của hệ thống UPS sẽ giảm mạnh với mỗi mức tăng 10°C. Hiện nay, các pin được sử dụng trong UPS chủ yếu là pin chì-axit kín không cần bảo dưỡng, và tuổi thọ thiết kế thông thường là 5 năm—điều kiện này chỉ có thể đạt được khi vận hành trong môi trường đáp ứng đúng yêu cầu của nhà sản xuất pin. Nếu không đáp ứng được các yêu cầu môi trường quy định, tuổi thọ thực tế của pin sẽ thay đổi rất lớn. Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ làm gia tăng hoạt tính hóa học bên trong pin, từ đó sinh ra một lượng lớn nhiệt năng, dẫn đến việc nhiệt độ môi trường xung quanh tiếp tục tăng lên. Vòng luẩn quẩn này sẽ đẩy nhanh quá trình suy giảm tuổi thọ pin.

2. Sạc và xả định kỳ pin dự phòng UPS

Điện áp sạc nổi và điện áp xả của nguồn điện UPS đã được điều chỉnh về giá trị định mức tại nhà máy, và dòng xả tăng lên khi tải tăng. Trong quá trình sử dụng, cần điều chỉnh tải một cách hợp lý, ví dụ như kiểm soát số lượng thiết bị điện tử (như máy tính) đang vận hành. Trong điều kiện bình thường, tải không nên vượt quá 60% tải định mức của UPS. Trong phạm vi này, dòng xả của pin sẽ không dẫn đến tình trạng xả quá mức.

Do bộ lưu điện (UPS) được kết nối với nguồn điện lưới trong thời gian dài, trong môi trường có chất lượng nguồn điện cao và ít xảy ra tình trạng mất điện lưới, pin sẽ ở trạng thái sạc nổi trong thời gian dài, dẫn đến giảm dần hoạt tính của quá trình chuyển đổi qua lại giữa năng lượng hóa học và năng lượng điện bên trong pin theo thời gian, từ đó làm tăng tốc độ lão hóa và rút ngắn tuổi thọ sử dụng. Vì vậy, cần xả pin hoàn toàn một lần sau mỗi 2–3 tháng; thời gian xả có thể được xác định dựa trên dung lượng pin và mức tải. Sau khi xả đầy tải, cần sạc lại trong thời gian hơn 8 giờ theo quy định.

3. Thay thế kịp thời các pin bộ lưu điện (UPS) đã hỏng/hết hạn sử dụng

Hiện nay, số lượng ắc-quy lắp đặt trên các bộ nguồn điện liên tục (UPS) cỡ lớn và trung bình dao động từ 3 đến 80 chiếc, hoặc thậm chí nhiều hơn. Các ắc-quy đơn này được nối với nhau thông qua mạch điện để tạo thành cụm ắc-quy nhằm đáp ứng nhu cầu cấp điện một chiều (DC) cho UPS. Trong quá trình vận hành và sử dụng liên tục của UPS, do sự khác biệt về hiệu năng và chất lượng, việc suy giảm hiệu năng của một số ắc-quy là điều không thể tránh khỏi, dẫn đến dung lượng lưu trữ không còn đáp ứng yêu cầu và bị hư hỏng. Khi một số ắc-quy trong cụm ắc-quy bị hư hỏng, nhân viên bảo trì cần kiểm tra và thử nghiệm từng ắc-quy để loại trừ những ắc-quy bị hỏng. Khi thay thế ắc-quy mới, cần cố gắng mua loại ắc-quy cùng chủng loại từ cùng một nhà sản xuất; nghiêm cấm việc trộn lẫn ắc-quy chống axit, ắc-quy kín khí và ắc-quy có thông số kỹ thuật khác nhau.

Bộ điều khiển năng lượng mặt trời PWM sử dụng ba chế độ sạc: sạc mạnh, sạc cân bằng và sạc nổi.

Sạc mạnh:

còn gọi là sạc trực tiếp, là chế độ sạc nhanh; khi điện áp pin thấp, pin sẽ được sạc với dòng điện lớn và điện áp tương đối cao.

Sạc cân bằng:

Sau khi hoàn tất sạc mạnh, pin sẽ được để nghỉ trong một khoảng thời gian. Khi điện áp giảm xuống một giá trị nhất định, pin sẽ chuyển sang trạng thái sạc cân bằng nhằm đảm bảo điện áp đầu cực pin đồng đều và ổn định.

Sạc nổi:

Sau khi hoàn tất sạc cân bằng, pin cũng được để nghỉ trong một khoảng thời gian. Khi điện áp giảm xuống mức điện áp bảo trì, pin sẽ ở giai đoạn sạc nổi, giúp duy trì pin trong trạng thái sạc mà không bị sạc quá tải.

Bộ điều khiển năng lượng mặt trời MPPT sử dụng các chế độ sạc: sạc giới hạn dòng theo thuật toán MPPT, sạc cân bằng với điện áp không đổi và sạc nổi với điện áp không đổi.

Sạc giới hạn dòng theo thuật toán MPPT:

khi điện áp pin rất thấp, chế độ sạc MPPT được sử dụng để bơm công suất đầu ra của tấm pin mặt trời tới đầu cực pin; khi cường độ ánh sáng rất mạnh, công suất đầu ra của tấm pin mặt trời tăng lên, dòng sạc đạt ngưỡng giới hạn và chế độ sạc MPPT kết thúc, chuyển sang chế độ sạc dòng không đổi;

Khi cường độ ánh sáng suy giảm, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ sạc MPPT.

Sạc điện áp không đổi:

pin tự động chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ sạc MPPT và chế độ sạc dòng không đổi, phối hợp với nhau để đưa điện áp pin lên mức điện áp bão hòa; sau đó pin bước vào giai đoạn sạc điện áp không đổi, trong đó dòng sạc từ từ giảm dần xuống 0,01C và giai đoạn sạc kết thúc, chuyển sang giai đoạn sạc nổi.

Sạc nổi điện áp không đổi:

pin được sạc ở điện áp hơi thấp hơn điện áp không đổi.

Giai đoạn này chủ yếu nhằm bù đắp năng lượng tiêu hao do hiện tượng tự phóng điện của pin.

Nguyên lý khởi động mềm bộ nghịch lưu:

1. Khởi động mềm bằng biến tần nghĩa là điện áp được tăng dần từ 0 lên đến điện áp định mức, nhờ đó toàn bộ quá trình khởi động động cơ không phát sinh mô-men xoắn va đập, mà chỉ thực hiện thao tác khởi động êm ái.

2. Bộ khởi động mềm là một thiết bị điều khiển động cơ mới tích hợp các chức năng khởi động mềm, dừng mềm và nhiều chức năng bảo vệ. Thành phần chính của nó gồm một bộ chỉnh lưu thyristor ba pha mắc song song và mạch điều khiển điện tử tương ứng, được nối tiếp giữa nguồn điện và động cơ cần điều khiển. Bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau để điều khiển góc dẫn của bộ chỉnh lưu thyristor ba pha mắc song song, điện áp đầu vào của động cơ điều khiển có thể thay đổi theo các yêu cầu khác nhau, từ đó thực hiện được các chức năng khác nhau.

Chức năng của chức năng khởi động mềm bằng biến tần:

1. Vào thời điểm bộ biến tần được cấp điện, bộ biến tần sẽ bắt đầu hoạt động, nhưng sẽ có độ trễ khoảng 2 giây trước khi xuất ra điện áp 220V. Điện áp sẽ không đạt ngay 220V mà tăng dần từ 100V lên 220V, đúng vậy. Đây là chức năng bảo vệ bản thân bộ biến tần.

2. Ví dụ, một bộ biến tần thông thường có công suất 1000W sẽ xuất ra ngay 1000W ngay khi được cấp điện. Còn với chức năng khởi động mềm, công suất đầu ra sẽ tăng dần: 700W → 800W → 900W → 1000W.