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    四川成都IDC機房建設之供電模式與解決方案/模塊化機房

    • 作者:成都新海力編輯
    • 發布時間:2020-01-02
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    IDC機房建設之供電模式與解決方案有哪些?模塊化機房如何?IDC機房建設中,動力系統的建設無疑是其重中之重,各項業務的開展,各種服務器的穩定工作,都離不開穩定、可靠、不間斷的電力供給。本文簡單探討IDC機房幾種電源系統結構的基本原理、優缺點、實現的可行性等。


      一、IDC機房對供電的需求有如下幾個特點

      1、對供電要求高靠性

      IDC面對的客戶一般都是企業級客戶,有的甚至為門戶網站,若負載中斷,IDC業務提供者,將會面臨巨大損失,因此對供電的可靠性要求很高。

      2、負載容量大

      IDC機房建設投入巨大,并且會考慮到未來幾年的業務增長,因此其要能承接足夠大的業務量。一般一個機房約放置50-100個機架,每個機架的負載量約為幾千瓦,因此一個機房的負載量約為幾百到上千千瓦,一個IDC中心可能建設多個機房。

      3、相對集中的供電方式

      為了分擔風險,同時又考慮到集中供電的方便管理性,一般按一個機房的負載容量來考慮,負載量約在幾百到上千千瓦。

      4、對設備的諧波污染要求高

      隨著國家對節能、環保的要求越來越高,電信運營商積極響應,同時,IDC機房也是用電大戶,是供電單位的重點關注對象,對諧波關注的程度高,這已經是趨勢。

      二、傳統的UPS供電解決方案

      傳統的數據通信設備要求交流輸入電源,一般是與市電電源的電壓和頻率相同的電源,即220V,50Hz的單相交流電源。傳統的數據通信設備的電源系統是UPS系統, UPS系統一般由整流器、逆變器、蓄電池和靜態開關等組成,市電正常時,市電經整流器變換為直流電供給逆變器,同時給蓄電池充電,逆變器將直流電變換為交流電供給負載。UPS本身故障時負載可經靜態開關轉換為旁路市電供電,市電長時間停電時,由備用發電機組供電。

      雖然IDC機房內的設備是單相供電,但功率越來越大,單相UPS功率不能做的很大,受到限制,解決的方法是用三相UPS供電,功率一般平均分到三相上,同時進行UPS并機,解決其供電的可靠性。由于UPS最終通過逆變換流供電給數據設備,如果逆變與切換部分出現故障,電池不是直接給數據設備供電,會導致數據設備中斷。

      幾種常見的UPS供電模式

      1、串聯熱備份

      此種UPS供電方式消除了單點故障,實現簡單,但是其同一時間只有一臺UPS帶載,因此存在超載能力差、主備機老化不均等問題,目前已經較少采用,系統圖見圖1:

      2、并聯冗余

      此種UPS供電方式,最大的好處是可以負載均分,其中任意一臺UPS故障,其被切離,UPS系統不用做任何切換,仍可工作在在線模式??梢愿鶕撦d量,通過增加UPS的方式實現系統容量擴充。系統圖見圖2。

      3、雙總線供電方式

      此種UPS供電方式,其最大的特點是同時提供2路互不影響的供電母線,分別提供給雙電源負載,或者通過STS再提供給單電源負載。此方式也很好的消除了單點故障,但限于供電方案中又增加了LBS(同步控制)和STS(雙路切換),因此也增加了故障點。系統圖見圖3。

      UPS供電方案的優點:

      技術方案成熟,目前在大量應用。

      交流輸出,不易拉弧。

      UPS供電方案的缺點:

      并機難度大,需電壓、頻率、相位同步。

      系統設計復雜,單點故障多

      變換級數多,效率相對低

      輸入諧波大,功率因數低

      三、共用48V母線的混合系統解決方案

      這種電源系統結構特點是直流負載和交流負載的電源系統都采用-48V母線作為輸入電源。在市電或整流器故障時,由于蓄電池與輸出母排是并聯的,所以-48V母線電源是不間斷的。直流負載由-48V母線直接供電,交流負載經逆變器供電,即用-48V直流電源供電的逆變器代替了UPS。系統圖見圖4。

      混合系統解決方案優點:

      技術成熟,48V電源是真正的不間斷電源,其輸出純凈,所以系統整體穩定性有提高。不易拉弧,安全性高。

      混合系統解決方案缺點:

      在交流負載的電源鏈中增加了電源變換的次數,且電壓低,電流大,增加了損耗,降低了系統效率。

      這種電源系統結構僅適用于交流負載為中小功率的情況。

      四、整流型rAC高壓供電解決方案

      以INTELEC 2001年發表的《新電信網絡和服務的最佳新型供電》和2000年發表的《電信和數據通信融合的rAC供電技術的新研究》為代表,法國電信公司試用。rAC供電系統,類似傳統的48V直流電源系統中的直流母線由經過整流的母線替代,實際上是脈動的直流。系統由整流橋、高電壓蓄電池組、蓄電池開關、充電機等組成。這種rAC供電系統的輸入諧波電流抑制和功率因數需要補償,須在rAC母線上并聯連接諧波抑制器。系統圖見圖5。

      rAC高壓供電解決方案的優點:

      在整個供電電路中只有一個變換級,損耗小,效率高;蓄電池充電機只用于給蓄電池離線充電,因此容量較小,成本低。rAC高壓供電解決方案的缺點:

      采用用電壓較高, 安全標準要求高;采用單體蓄電池數量較多,要求進行更嚴格蓄電池管理。

      五、高壓直流供電的可行性探討

      數據設備內部電源狀況是計算機主機、顯示器、打印機等電氣設備的內部電源都是開關電源,將輸入的交流220V先整流、濾波成直流300V后,再通過電源開關管和開關變壓器降壓、穩壓成低壓,為各部分提供電源。一般交流電壓在110-250V之間,通過整流、濾波后直流電壓為150V-340V之間。因此,給這些設備輸入一個150V-340V直流電壓,設備是可以正常工作的。綜合考慮, 額定電壓在228V~280V(后備12V電池19只或20只)范圍內直流電通過橋式整流電路、濾波后,仍是直流228V~280V,在150V-340V之間,因此開關電源仍能正常工作,目前的實驗證明數據設備輸入DC270V左右時效果好。系統圖見圖6。

      六、高電壓直流供電系統解決方案一

      高電壓直流供方案一的交流輸入、整流電路和蓄電池、充電機與rAC供電系統是相同的。不同的是rAC供電系統將rAC直接供到集中的大功率DC/DC變換器,再其變換為穩定的高壓DC270V。日本NTT公司試驗了此系統。如果交流輸入電源故障,由蓄電池經直流開關和大功率DC/DC變換器供給負載設備270V直流電,系統圖見圖7。

      此種電源系統的優點:

      可靠性高、效率高,在負載設備的功率較大時更為突出;成本低;

      此種電源系統的缺點:

      采用單體大功率DC/DC,電壓高,電流大,要求較高的安全標準;采用蓄電池數量多,要求進行更嚴格蓄電池管理。

      七、高壓直流供電系統解決方案二

      此方案是目前國內電信運營商在IDC機房改善供電的試用電源系統,最早鹽城電信為代表,現在一些電信分公司與移動分公司均有試用。與傳統48V供電系統類似,是由多個并聯冗余整流器和蓄電池組成的。在正常情況下,整流器將市電變換為270V直流電,供給電信設備,同時給蓄電池充電。市電停電時,由蓄電池放電為電信設備供電。長時間市電停電時,由備用發電機組供電。與傳統的-48V直流電源系統的一樣,蓄電池備用時間為1~24h,典型的蓄電池備用時間為1~3h。此高壓直流電源系統,在試用中優勢得到較充分的體現,系統圖見圖8。

      此種供電系統的優點:

      可靠性:電源模塊化輸出和電池直接并聯給負載供電,電池直接并聯到輸出母線上,母線電源是不間斷的。采用分級分布式控制,整流模塊和CSU故障時各自獨立控制,避免故障擴散。

      易維護:并機容易,電源模塊化設計,支持帶電熱插拔,更換方便,采用分級分布式控制,整流模塊和CSU可各自獨立控制,便于維護。

      智能化管理:此系統與傳統48V直流電源系統一樣,系統管理采用全面的智能化管理模式;對電池部分管理完善,有效延長了電池的使用壽命。

      無諧波干擾、易擴容:對于計算機和服務器來說,采用直流輸入,不再存在相位和頻率的問題,多機并聯變得簡單易行,無諧波干擾。

      安全性:采用標準電氣柜,對分路輸出和母線的絕緣狀況可進行實時監控,安全性高。

      性價比:同樣容量的系統,高壓直流電源系統由于采用N+1模式,投資低,性價比高。

      此種供電系統的缺點:

      此供電系統要求直流專用元器件;對器件滅弧要求高;由于電壓高,無過零點,對安全性要求高。

      八、高壓直流供電系統解決方案三

      高電壓直流供電系統方案三與方案二供電系統是類似的,所不同的是,方案三供電系統增加升壓電路,將直流輸出電壓提高到400V(此種類似的供電系統在移動公司有實驗點,直流電壓350V)。是針對專門的高壓服務器電源,目前此服務器尚在研制之中,由于系統輸出電壓高,對目前大量在使用的服務器有些是不可用的,但由于某些優點突出,可能成為未來的一種發展的趨勢。系統圖見圖9。

      此方案供電系統的優點:

      模塊化供電,電池直接連接負載,母線電源不間斷;電源效率最高,最節能;輸出為直流無率因數與諧波問題,具備最大負載能力;供電電纜最細,節省成本與空間。

      此方案供電系統的缺點:

      故障的安裝拆除易造成拉弧;對安全的要求高,器件的要求也高。

      結論

      電信技術的迅速發展推動了電源設備技術的進步,高電壓直流供電系統方案二與方案三因為其可靠性高,效率高,特別適用于設備功率較大的場合的IDC機房供電。方案二適合于目前的服務器,也是目前IDC機房供電的改造相對最適合的方案,方案三可能是一種IDC機房設備供電的發展趨勢。IDC機房最佳供電系統到底是什么,還值得深入探討與研究,最終總會找到一種適合的方案。

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