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长光蓄电池数据中心电源解决方案

CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司本文介绍数据中心集中式供电、分布式供电的优缺点,同时对传统工频UPS、高频UPS、模块化UPS、高压直流UPS供电的优缺点做详细的对比分析。通过不同运用方案的分析,阐述了供电方案的发展趋势。


近年来,随着互联网和计算机技术的发展,基于互联网提供的各种服务也变得越来越多。作为这些互联网应用服务载体的数据中心,其建设需求也在不断增加。特别是近几年来,我国三大运营商都投入了大量的资金用于数据中心的建设。目前,全国已经形成了至少数百家大小不一的数据中心。各运营商为了节约成本、便于管理、形成规模化效益,数据中心的建设规模逐渐变得越来越大,巨大的用电容量给数据中心的建设和运营都带来了巨大的压力,如何合理配置资源,提高数据中心供电的安全性,降低运营成本,成为各大运营商在机房建设中重点考虑的因数。
  
  CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司1.数据中心对供电的要求
  
  主要应包括以下几方面:
  
  安全可靠:一般要求电源供电系统的可用度A≥99.999%。因此,必须合理进行配置,达到系统供电安全最优化。
  
  节能环保:在能源紧缺﹑重视环保的今天,绿色﹑节能的电源系统备受关注。UPS在绿色﹑节能方面的表现主要体现在输入功率因数﹑输入电流谐波以及整机效率等方面。一般要求输入功率因数大于0.95、输入电流谐波小于5%、效率大于92%。
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 可维护性:UPS供电系统应维护方便,便于管理。这样不但可以节省系统的维护成本,更为重要的是可以尽量避免因人为维护或者管理不当而引发的系统故障。
  
  建设成本:要求系统配置可扩容,这样既能有效节省系统建设初期的投资费用,又能使UPS在整个数据中心的建设过程中始终保持在安全而又高效的工作状态下,提高了系统性价比。
  
  因此,建设合理的数据中心供电系统,不是一味追求某一项指标的最优化,而是应该根据实际的需要,在保证安全可靠性、保证节能环保、保证维护管理方便、降低建设成本这4个要点中找出一个平衡点,建设出既节能环保,又安全可靠、经济适用的系统。
  
  2  数据中心常用的供电解决方案
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 2.1 集中式供电方案
  
 由一台UPS组成单机供电系统、多台UPS组成并联供电或双总线供电系统,再通过配电集中给负载供电,这种供电方案一般情况下UPS系统与机房用电设备是分开的。该供电方案一般UPS的单机容量在200~400kVA较多,供电示意图如图1所示。
  
  CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司2.2 分布式供电方案
  
  在机房各列服务器加入单独的电源供电,形成整体机房的分布式供电解决方案,电源产品一般以高频化为准,功率容量一般在10~100kVA合适。如图2所示。
  
   分布式供电方案优点:
  CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司  1)供电方式选择拓展性好、配置灵活;同时可以有效的解决数据机房分批建设投资问题。特别是单机架(柜)配套的UPS,每上一个柜子直接投资一个柜子的UPS电源即可。
  
  2)空间经济效益明显:充分利用现有机柜内部的剩余空间,有效的减少了集中电源的配电屏及大功率UPS的安装位置,为现在寸土寸金的中心机房节约空间成本。
  
  3)系统比较分散,单设备故障影响面小:
  
  缺点:
  CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司  1)运维工作量加大,动力与IT维护界面不清晰,存在交****地方:
  
  2)系统造价较高:单体电源总和及配电线会多一些,有可能会导致总体的造价成本高。
  
  3)工程施工难度较大,供电布线复杂。
  
  4)不便于集中式管理。
  
  3   电源产品解决方案
  CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司  3.1 传统UPS供电解决方案
  
  1)工频UPS供电解决方案
  
  采用传统相控整流UPS组成“1+1”双总线供电方案,解决单点故障瓶颈,具有很好的容错能力,提高供电系统的可靠性。一般运用UPS的单机功率容量在200~400K较多。
  
  优点:因工频机器器件承受的电压应力较小,器件的可靠性高,且控制相对简单,因此,系统的可靠性相对较高。
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 缺点:整机体积大、重量大、功耗大、效率低和输入功率因数低等不利因素大大影响了数据中心供电的可靠性及经济指标。一般情况下工频机器效率在92%左右、12脉冲机型的输入功率因数及电流谐波在0.8及10%;要满足供电的高指标要求需要增加相应的滤波器,这样会导致成本、体积、重量的增加。
  
  2)高频UPS供电解决方案
  
  采用IGBT整流UPS组成“1+1”双总线供电方案,解决单点故障瓶颈,具有很好的容错能力,提高供电系统的可靠性。
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 优点:输入功率因数高,可达到0.99;
  
  电流谐波小,小于5%;
  
  系统效率高,可达到94%~95%;
  
  整机体积小、重量轻,有效减少现场工程施工的难度及建设成本;
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 与工频机器比较整机体积可减少20~30%。
  
  缺点:地线耦合有较多的高频谐波,造成负载端零地电压抬高,很难满足IBM、HP等服务器厂家对零地电压小于1V的场地需求。
  
  高频机器目前电压高,使得器件承受的电压应力大,器件可靠性相对较低。
  
  3.2 模块化UPS供电解决方案
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司  采用模块化U P S 组成“1+1”双总线供电方案, 解决单点故障瓶颈,一般单机容量在200~480kVA比较合适。其供电方案如图3所示。
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 模块化UPS供电优势
  
  1)可靠性:模块化UPS具有N+X的架构特性,从系统供电的角度看,可消除系统方案的公共故障点;成熟的模块化UPS的系统架构采用冗余设计----单个模块的功率部分、控制部分完全冗余,系统没有公共的故障瓶颈。
  
CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司  2)可用性:极高的可用性凸显模块化UPS所具备的完善保护功能和安全使用能力,确保系统本身和用户设施负载保护时间成多倍提升,当某一模块损坏时,其自动退出系统,其他模块平均分担负载,在冗余度允许氛围内不影响负载运行。更换维修时无需停机等待修复,无需专业技术人员在场,用户在线状态下对故障模块进行更换即可。
  
  3可扩容性:模块化UPS具有N+X的架构特性,各功率模块均为内置冗余的智能型独立个体,当任何模块(包括系统控制模块、静态开关模块)发生故障后,该设计将会实现最大程度的冗余保护。还可以允许用户根据自身的需求选择超过一次容错率的冗余,局部的得失不影响系统方案的优秀性,可实现“随需扩展,动态成长”。
  
  4)投资成本:模块UPS在物理尺寸整机重量比传统机型有绝对优势,为用户节省大量的机房投资、承重加固投资。
  
  5)高效、节能:输入指标好、效率高,减少用户的运行成本。
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 输入功率因数可达0.99;输入电流谐波小于5%;系统效率94~95%。
  
  3.3 高压直流供电解决方案
  
  高压直流(HVDC)供电系统如图4所示
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 高压直流供电的优势
  
  1)可靠性好
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 高压直流电源系统采用的是并联型供电模式,后备电源蓄电池直接挂在负载设备前端,没有任何中间电路,彻底消除供电系统中不可预见、突发性的故障对负载的威胁。
  
  2)节约能耗
  
  因其采用模块化结构,可根据输出负载的大小,由监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量,还可启动模块休眠管理功能,提高模块的负载率,也可大大提高系统的效率;现有的高压直流效率可到95%。
  
  3)输入指标高
  
 CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司 高压直流整流器模块大都采用有源功率因数校正,输入功率因数可以达到0.99,输入电流谐波小于5%,有效消除电源对电网的污染。
  
  4)零地电压*小
  
  采用高频变压器将输入与输出完全隔离,直流输入没有零线,因此,也就不存在“零地”电压,有效减少一些因零地电压引起的负载供电问题。
  
  CGB蓄电池,长光蓄电池,武汉长光电源有限公司5)割接改造方便
  
  对于采用UPS供电的设备来说,除非其采用双电源供电,或专门配置有STS设备,否则通常只能采用停电方式割接。对于现代机房供电要求,这个基本是不可接受的。直流电源只要做到输出电压和极性相同即可连接到一起,从而实现不停电的割接。
  
  3.4   交、直流两种供电优劣对比(见表1)  

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