SEALAKE蓄电池FM12650 FM系列产品简介
1 传统数据中心供电系统的基本功能和现状
(1)传统数据中心供电系统的基本功能和现状
图1显示了现代数据中心供电系统的典型架构和工作状态,从图1可以看出,整个供电系统的架构和设备配置原则是:保障数据中心供电的连续性。
图1所示供电系统的架构和设备组成的要点:
①能源配置
在图1中,整个系统是靠三种能源实现不停电供电的:
·可连续供电的主能源——电网市电;
·可连续运行的备用柴油发电机;
·在主备交流能源转换期间保证连续不间断
供电的过渡备用能源——蓄电池(UPS)。
②冗余的输入交流能源
主输入交流能源是电网市电,备用交流能源是备用柴油发电机,两者构成了交流输入能源的冗余功能。因为发电机可在运行中在线添加燃油,所以在有供油协议和在供油协议期间系统有足够储油的情况下,可以认为备用发电是一个可无限期连续供电的交流能源。
③过渡备用能源UPS系统
过渡备用能源——蓄电池是通过传统UPS设备供电的。冗余的交流输入能源存在着发电机启动延时和两种交流能源转换的断电时间,见图2中的时间T,此时间的典型值在30s左右。由于此断电时间很长,系统中的所有设备都会因交流输入断电而停止运行,IT设备和所有的供电以及制冷设备的控制系统,还有消防、安全和系统管理设备等,允许的交流输入断电时间都应控制在10ms以内。为此必须对系统中的关键设备配置UPS设备,如图2所示,需要配备UPS系统的设备包括:
·IT设备供电系统;
·冷冻水系统冷量储备系统(蓄冷罐);
·冷冻水系统泵和空调末端供电系统;
·直接膨胀(DX)冷却系统空调和室外冷凝器供电系统;
·直接蒸发或间接蒸发冷水泵和风机供电系统;
·自然冷却新风供电系统;
·安全门禁等管理系统;
·消防照明等供电系统。
④为IT设备配置高可靠的2NUPS系统在2N系统中,IT设备具备冗余的双输入功能,交流能源、UPS系统、所有的配电设备,还有传输线缆等,都是冗余配置。
2 当代数据中心供电系统存在的缺欠、问题与改进措施
(1)当前数据中心供电系统运行中存在的问题:
①系统可靠性问题
系统复杂、设备繁多、单路经故障点多、维护难度大等,都是降低系统可靠性的原因;
②设备容量问题
传统的单台UPS设备蕞大容量在400-500kVA范围内(再大时需要逆变器并联),在中大型数据中心中,需要多台扩容并联,增大系统复杂性,降低可靠性,增加购置和运营成本;
③系统成本和能源消耗问题
系统复杂提高购置和运行成本、电流谐波大增加滤波设备成本和损耗、设备冗余降低了系统设备容量利用率、系统能源效率进一步提高受到限制;
④系统标准化问题
系统复杂为标准化带来困难,系统设计建造方案的多样性限制了供电方案和设备配置的优化设计;
⑤系统使用维护难度问题
要求较高的维护水平,多供应商和非标准化,增加了故障隐患排除和故障发生后的诊断和修复工作;
(2)近年来传统供电系统的技术进步
从用户关注的焦点和设备厂家技术改进的重点来看,针对存在的问题和相应的技术措施归纳起来有以下两个方面:
①提高系统可用性
·提高设备可靠性;
·增大成本,对设备采用冗余配置,使其有容错功能;
·对系统采用双总线冗余配置,不但UPS有容错功能,还可蕞大限度地减少整个系统的单路径故障点;
·配置模块化设备(主要是UPS),有冗余功能,并大幅度降低故障修复时间;
·提高设备智能监测和管理功能,便于维护,提前消除潜在的故障隐患;
·采用集成化系统设计,解决系统中各类设备阻抗和连接方式的匹配问题;
·提高系统集中管理功能,并蕞大限度地减少安装和维护中的人为错误;
②抑制系统中谐波电流的产生和治理问题
·加大零线规格和前端设备(变压器、油机、配电开关、转换开关等)容量,以便降低谐波电流的影响;
·UPS输入6脉冲整流前加5次无源滤波器,PF=0.9,THD≤20%;
·UPS输入改为12脉冲整流+11次无源滤波器,PF=0.95,THD≤10%;
·UPS输入6脉冲整流前加有源滤波器,输入电流成正弦波PF=0.99,THD≤5%;
·UPS输入改为PFC高频整流(高频机UPS),PF=0.99,THD≤5%;
·要求负载IT设备输入开关电源采用PFC整流,降低输入电流3次谐波成分。
(3)值得思考的问题
值得注意的是,上面列出的所有技术改进措施都是在传统供电系统方案的框架下进行的,对IT设备供电的可用性有了明显的提高,而对于制冷系统的连续运行却没有实质性的进展。再者,有些问题是传统供电方案的固有问题,难以从根本上解决;
有些改进措施的效果实际上是有限的;特别是有些措施在改进供电系统性能的同时,也产生了难以避免的负作用。要考虑的问题如下:
①供电系统的现状和趋势是:系统不断复杂化;设备堆积、结构臃肿;成本不断攀升;效率难以再有效提高;五花八门,难以标准化;
②系统可靠性问题的存在,是因为系统复杂、设备繁多和传统UPS设备本身的可靠性不高;
③随着现代数据中心规模的继续增大,设备容量的局限会进一步增大系统的复杂性、提高成本、降低可靠性;
④通过方案设计和智能管理提高可用性的潜力还有多大?
⑤系统复杂,特别是为提高可用性需要冗余并机系统,供电系统设备利用率大都低于40%,这是造成系统能源效率难以提高的主要原因。大多数供电系统效率为80%左右,传统UPS在系统中实际的工作效率在85%左右;
⑥维护难度大:系统复杂、设备可靠性不高、系统标准化程度低等,都是增大维护难度的原因。
3 数据中心不间断供电的备用发电机系统
(1)保障数据中心供电系统连续运行的关键和改革设想
上节讲到的数据中心供电系统之所以如此复杂,根本原因是两种交流能源(电网市电和发电机)在接替过程中,存在着不可避免的油机启动延时和转换时间,设想如果能够消除图2中的时间T,那么整个供电系统中的各种用途的UPS设备岂不可以消失了。当前可行的措施之一,是把电网市电、柴油发电机和过渡储能设备集成在一起,就可构成本文提出的“数据中心不间断供电的备用发电机系统”。把这种系统应用到数据中心中,无异于为数据中心提供了一个可连续不间断的交流能源,使整个供电系统变得非常简单,如图3所示。
