Datacenter Convention 2015, Peter Niggli. Hoch mit der Spannung! PCS100 Mittelspannungs-USV Neue Wege in der Stromversorgung

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1 Datacenter Convention 2015, Peter Niggli Hoch mit der Spannung! PCS100 Mittelspannungs-USV Neue Wege in der Stromversorgung

2 Power Protection Konventionelle Mittelspannungslösung Ausfallschutz auf Mittelspannungsebene war bisher ausschliesslich dynamischen USV-Anlagen vorbehalten Die Herausforderungen sind: Platzbedarf Unterhalt Energieeffizienz (auch im Teillastbetrieb) Verfügbarkeit Komplexität May 4, 2015 Slide 2

3 Die perfekte Power Protection Solution von ABB PCS100 Mittelspannungs-USV 6.6 kv, 6 MVA PCS100 Mittelspannungs-USV May 4, 2015 Slide 3

4 Bewährte Niederspannungs Plattform PCS100 UPS-I und PCS100 AVC Geschützte Niederspannungsversorgung im Industriedesign Mehr als 1000 Einheiten weltweit in Betrieb Mehr als 1000 MW installierte Leistung May 4, 2015 Slide 4

5 Bewährte Plattform > Mittelspannung PCS100 Mittelspannungs-USV Erweiterung der bewährten Niederspannungsplattform auf Mittelspannung Statischer Mittelspannungsschalter Mittelspannungs-Koppeltrafos May 4, 2015 Slide 5

6 Eckdaten Leistung 2 MVA, 4 MVA, 6 MVA Bemessungsspannung 4.16 kv, 6 kv, 6,6 kv (ab 2016: kv) 3-phasig IT Bemessungsstrom 600 A Wirkungsgrad > 99.5% Autonomiezeit bis zu 15 Minuten Typische Umschaltzeit 1.8 ms Überlast 1800 Awährend 400 ms Kurzschlussfestigkeit 45kA peak, 10ms ohne Beschädigung 29kA peak, 10ms back to Service 18.5kA peak, 100ms back to Service Platzbedarf (ohne Energiespeicher) 2MVA = 12 m 2, 6.2 x 1.8 m 4 MVA= 18 m 2, 9.8 x 1.8 m 6 MVA= 25 m 2, 13.4 x 1.8 m May 4, 2015 Slide 6

7 Design 2 MVA 6.6 kv Versorgungsnetz Mittelspannungs-Teil Wartungsbypass Utility Disconnect Unit Koppeltransformator Niederspannungs-Teil EDU = Energy Delivery Unit PCS100-Umrichter Energiespeicher May 4, 2015 Slide 7

8 Skalierbare Lösung 4 MVA 6.6 kv Versorgungsnetz 4 MVA PCS100 Mittelspannungs-USV Zwei 2 MVA EDU Ein System-Master EDU = Energy Delivery Unit May 4, 2015 Slide 8

9 Skalierbare Lösung 6 MVA 6.6 kv Versorgungsnetz EDU = Energy Delivery Unit May 4, 2015 Slide 9

10 Betrieb Netz vorhanden 6.6 kv Versorgungsnetz Eingangsspannung Spannung der geschützten Last PCS100 MV USV Spannung May 4, 2015 Slide 10

11 Betrieb Netzausfall 6.6 kv Versorgungsnetz Eingangsspannung Spannung der geschützten Last PCS100 MV USV Spannung May 4, 2015 Slide 11

12 Betriebszustand bei Netzrückkehr 6.6 kv Versorgungsnetz Eingangsspannung Spannung der geschützten Last PCS100 MV USV Spannung May 4, 2015 Slide 12

13 Utility Disconnect Statischer MS- Hochgeschwindigkeitsschalter Mittelspannungs-SCR mit ABB inverter forced commutation Normalbetrieb Verbindet das Versorgungsnetz mit der Last Betrieb ab Energiespeicher Trennt das Versorgungsnetz von der Last während Netzspannungsstörungen May 4, 2015 Slide 13

14 Transfer Performance Voltage (%) Overvoltage transient limits PCS100 UPS-I transfer performance IEC Classification 1 IEC Classification 2 IEC Classification Nominal value -10 Ereigniserfassung der Spannung RMS-Detektor Transienten-Detektor Undervoltage transient limits Transient duration (ms) Frequenz-Detektor Abtastrate: 125 µs Transfer-Zeit: 1.8 ms IEC , Klassifizierung VFD SS 211 May 4, 2015 Slide 14

15 Kurzschlusserkennung Potential für falsche Ereignisinterpretation Utility Disconnect Coupling Transformer Fault Kurzschlussbedingte Spannungseinbrüche können mit einem Netzereignis verwechselt werden Energy Storage PCS100 Inverter Die PCS100 Mittelspannungs-USV kann einen netzbedingten Spannungseinbruch von einem durch einen lastseitigen Kurzschluss verursachten Spannungseinbruch unterscheiden Im Kurzschlussfall bleibt die PCS100 Mittelspannungs-USV auf Netzbetrieb Beispiel: Lastseitiger Kurzschluss May 4, 2015 Slide 15

16 Modularität Energy Delivery Unit (EDU) Utility Disconnect 2 MVA Baueinheit Coupling Transformer PCS100 Inverter Coupling Transformer PCS100 Inverter 16 Wechselrichter per EDU Energiespeicher Energy Storage Energy Storage May 4, 2015 Slide 16

17 Modulare Redundanz Utility Disconnect Bei einem PCS100 Wechselrichterausfall Nahtlose Isolierung aus dem Verbund Coupling Transformer PCS100 Inverter Coupling Transformer PCS100 Inverter Keine Beeinflussung der Last Reduktion Ausgangsleistung um 125kVA Bei einem PCS100 Ausfall einer ganzen EDU Nahtlose Isolierung aus dem Verbund Keine Beeinflussung der Last Reduktion Ausgangsleistung um 2MVA Energy Storage Energy Storage May 4, 2015 Slide 17

18 Modulare Redundanz Utility Disconnect Coupling Transformer Coupling Transformer Bei Ausfall eines Energiespeicherstranges PCS100 Inverter PCS100 Inverter Reduzierte Autonomiezeit Energy Storage Energy Storage May 4, 2015 Slide 18

19 Utility Disconnect Redundanzen Alle Lüfter redundant Alle AC/DC-Netzteile redundant Alle DC/DC-Netzteile redundant May 4, 2015 Slide 19

20 Active Power Management Actives Power Management der verfügbaren Leistung von jeder EDU während der Entladung Utility Disconnect Coupling Transformer Coupling Transformer Jede EDU regelt ihre Ausgangsleistung entsprechend der für die betreffende EDU gespeicherten Energie Maximale Autonomie aus der gespeicherten Energie PCS100 Inverter PCS100 Inverter Energy Storage 83% 100% Energy Storage 83% of available capacity 100% of available capacity Beispiel: Ausfall Strang eines Energiespeichers May 4, 2015 Slide 20

21 Human Machine Interface 8.4 inch LCD touch screens System Master HMI Status des Gesamtsystems Detailliertes Logbuch von Systemereignissen EDU HMI Status von jeder EDU Detailliertes Logbuch von EDU Ereignissen May 4, 2015 Slide 21

22 Connectivity Plant Control System Remote PC Remote Web Pages Standard Web Browser Remote PC Real Time Monitoring Modbus TCP Local Ethernet Ansicht und Download Event Logs Network Switch Firewall Local Ethernet Internet Modbus TCP Ethernet Connectivity Zugang zu Parameter-Einstellungen Integration in übergeordnete Leitsysteme May 4, 2015 Slide 22

23 Energiespeicher Superkondensatoren Hohe Entladeströme und Energiedichte Design-Life 15 Jahre Autonomie 1-2 Sek. 25 ⁰C Umgebungstemp. Verschlossene Blei-Säure-Batterien Standard USV-Lösung Design-Life bis zu 10 Jahren Autonomie 30 Sek.-15 Min. 25 ⁰C Umgebungstemp. May 4, 2015 Slide 23

24 Energiespeicher Lithium-Ionen-Batterien Hohe Energiedichte Design-Life 20 Jahre Autonomie 30 Sek.-15 Min. Bis 40 C Umgebungstemp. Schwungrad Hohe Zyklenzahl Hohe Lebensdauer bei guter Wartung Keine Chemie Autonomie Sek. May 4, 2015 Slide 24

25 10 x weniger Kosten für Verluste /a 33 kw Mittelspannungs-USV kw Wirkungsgrad = 99.5% Energiekosten 0.13/kWh /a 3.3 kw 10 kw Mittelspannungs kw USV 100 kw Traditionelle kw USV Verlustleistung = 10 kw Verbrauch Kühlung = 3.3 kw Verbrauch pro Jahr = kwh Traditionelle USV kw Wirkungsgrad = 95.2% Verlustleistung = 100 kw Verbrauch Kühlung = 33 kw Verbrauch pro Jahr = kwh May 4, 2015 Slide 25

26 Beispiel einer Datacenter Anwendung G M MS USV MS-Netz A Einspeisung G M MS USV MS-Netz B Einspeisung Netz A Bereich 1 Netz A Bereich 2 Netz A Bereich 3 Netz B Bereich 1 Netz B Bereich 2 Netz B Bereich 3 May 4, 2015 Slide 26

27 Zusammenfassung Skalierbare Lösung Für 2 bis 6 MVA Last Mittelspannung bis zum Bestimmungsort Kleine Ströme Wenig Kupfer Dezentrale, lokale Erdungssysteme Keine Verschleppung von Erdströmen über weite Distanzen Tiefe Betriebskosten 99.5% Wirkungsgrad Geringer Wartungsaufwand May 4, 2015 Slide 27

28 Besuchen Sie uns im Internet Für weitere Informationen besuchen Sie unsere Internetseite USV Sales Service Sales May 4, 2015 Slide 28

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