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科华数据:论现代数据中心不间断供电构架发展

责任编辑:zhaoxiaoqin |来源:企业网D1Net  2021-07-22 17:32:16 原创文章 企业网D1Net

数据中心供电系统构架的核心是不间断供电系统,组成该系统的主要设备有交流 UPS 或直流 HVDC。为满足数据中心不同可靠性等级的供电要求,目前业界采用不同的不间断供电构架解决方案。

对于 Tier I 级机房供电系统,不间断电源系统配置无冗余。对于 Tier II 级机房供电系统,不间断供电则采用设备多机并联冗余方案,即 "N+X" 不间断冗余供电系统。其中 "N" 为扩容系统,"X" 为冗余并机数量,不间断供电设备常见形式为交流 UPS。事实上,如果设计采用直流不间断供电系统,直流 HVDC 也适用。对于规模较大、可靠性要求较高的 Tier III 级或 Tier IV 级机房供电系统,不间断供电系统则采用 "2N" 供电系统。"2N" 供电系统不但实现了不间断供电功能,还大幅度提高了不间断供电系统的可靠性。另外,为进一步提升可靠性,每路不间断供电回路中还可以采用 "N+X" 设备冗余。

根据标准要求,数据中心交流配网市电有采用双重电源、两回线路供电的方式。对于 "2N" 不间断供电系统,由于两路供电均完全采用相同的供电回路,因此供电系统可靠性最高。不过 "2N" 不间断供电系统成本也相应最高,另外考虑到数据中心巨大的耗电量和国家 " 双碳 " 目标,近年来各互联网公司和运营商也在供电架构设计上注重可靠的前提下开始兼顾经济性。

数据中心不间断供电构架发展趋势

数据中心 "2N" 不间断供电系统构架为 IT 负载配置两路不间断供电回路,不间断供电回路中的 UPS 设备可以是交流 UPS 也可以是直流 HVDC,但采用交流 UPS 较为常见,主要差异在于电池挂接位置不同。该供电系统最主要的特点是能大程度满足 IT 设备不间断供电可靠性要求。

数据中心 2N 不间断供电构架
数据中心 " 市电直供 +UPS/HVDC" 不间断供电构架

在确保可靠性的前提下,为了实现供电节能的经济运行目的,用市电直供替代其中一路不间断供电,形成了数据中心 " 市电直供 +UPS/HVDC" 不间断电源构架。不间断供电回路中的 UPS 设备可以是交流 UPS 也可以是直流 HVDC,但采用直流 HVDC 较为常见。与 2N 系统不同点在于,该供电构架只有一路为不间断供电电源,另一路是没有不间断设备保护的市电。

由于将市电直供给负载,则交流电网输入的雷击、浪涌、谐波、闪断等电能质量问题将直接传导给负载,可能引起负载运行问题。

考虑到数据中心变配电系统建设模式存在效率低、损耗大、占地面积大、建设运维复杂和初期投资成本高等痛点,数据中心向更紧凑、占地面积更小、更高效、易部署的方向发展,将原供电构架中的变压器、配电、不间断电源集成起来,形成了数据中心 " 中压直供 " 集成式不间断电源。该电源构架中,不间断电源将 10kVac 的配电、隔离中压变压、模块化不间断电源和输出配电等环节进行了柔性集成。相比传统数据中心的供电方案,占地面积减少 50%,其设备和工程施工量可节省 40%,架构简洁、可靠性高。蓄电池单独安装,系统容量可以根据需求进行灵活配置。

数据中心 " 中压直供 " 集成式不间断供电构架

单从配电与功率变换级数来看," 中压直供 " 集成式不间断电源与传统供配电方案相比主要是整合了交流配电部分环节,使得整个供配电系统更为紧凑,但其实并没有减少功率变换级数。由于相对传统方案更加紧凑,因此该方案具有高效率、高可靠性、高功率密度、高功率容量、兼维护方便等特点,此外还具有:

模组化、预制化:产品工厂完成加工,标准接口,现场安装,实现设备的快速部署;

标准化:直流、交流方案统一,变压器、电源模块通用,灵活组合,自由搭配,可以很方便满足数据中心不间断供电系统电源的各种需求;

可维护性:在市电 + 不间断电源应用中,由于方案统一,可以通过双系统实现母联,完成各项设备例行检修、维护、改造、变更、扩容等相关需求;

智能化:通过集成综合监控实时掌握系统运行状况,对故障进行快速定位与维护,同时具有预警功能,实现主动式运维管理,能够将故障防患于未然。

" 中压直供 " 集成式不间断电源,最早以阿里 " 巴拿马 " 电源为代表,近年各电源厂商也逐步跟进。科华数据推出的 " 云动力 " 中压直供集成式不间断电源,电源采用移相变压器取代工频变压器,并从 10kVac 到 240Vdc 整个供电链路做到了优化集成。它是把数据中心和通信机房内把交流 10kV 输入直接变换到直流 240V/336V 的电源,它集成了原有的 10kV 交流配电、变压器、低压配电、240V/336V 直流供电系统和输出配电单元等设备及相关配套设施。具备高效率、安全、可靠、节省空间、低成本、易安装和易维护等显著优势,完全匹配大型、超大型数据中心和通信机房配电及不间断电源系统的需求。

实际上,不间断供电回路中的 UPS 设备可以是直流 HVDC 也可以是交流 UPS。以科华数据的 " 云动力数据中心预制化不间断电源 " 为代表,系统采用传统变压器集成交流 UPS,实现 10kVac 到 220Vac 整个供电链路集成输出。

科华 " 云动力 " 预制式化电源

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