隨著數(shù)據(jù)中心的蓬勃發(fā)展，日益增長(zhǎng)的能耗越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注。美國(guó)，聯(lián)邦信息官維韋克孔德勞表示，美國(guó)聯(lián)邦的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心在2006年總共消耗了60億千瓦時(shí)，如果技術(shù)沒(méi)有根本改變，到2012年將消耗120億千瓦時(shí)。數(shù)據(jù)中心的成本、效率和可持續(xù)性受到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。上海UPS不間斷電源作為數(shù)據(jù)中心的主要電源供應(yīng)設(shè)備,對(duì)于節(jié)能的要求越來(lái)越高.
近年來(lái)，中國(guó)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進(jìn)入了黃金時(shí)代。如何降低數(shù)據(jù)中心的成本、能耗、提高效率，使其可持續(xù)發(fā)展？借鑒美國(guó)數(shù)據(jù)中心近年來(lái)推廣的新型連續(xù)電源集成系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)內(nèi)專(zhuān)家、同行共同探討。
1系統(tǒng)的工作模式和特點(diǎn)
數(shù)據(jù)中心解決方案是基于UPS、發(fā)電機(jī)及其并聯(lián)轉(zhuǎn)換控制柜的持續(xù)電源集成系統(tǒng)。它是一個(gè)具有2MW節(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展系統(tǒng)，并配備了“N 1"冗余來(lái)代替不間斷電源和發(fā)電機(jī)。近年來(lái)，它在美國(guó)得到了普偏的應(yīng)用(亞特蘭大， 佐治亞州的比如數(shù)據(jù)中心和庫(kù)爾佩珀的特雷馬克數(shù)據(jù)中心，弗吉尼亞州)。
我們先來(lái)看看2MW連續(xù)供電節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。
圖1 2MW連續(xù)供電節(jié)點(diǎn)單線示意圖(原件)
數(shù)據(jù)中心有兩種市電供電方式，經(jīng)過(guò)市電源開(kāi)關(guān)與低壓母線相連市電開(kāi)關(guān)在兩種市電之間切換。一臺(tái)2250千瓦備用發(fā)電機(jī)通過(guò)并聯(lián)變頻控制柜與低壓母線連接。低壓母線向兩臺(tái)1000kW UPS提供正常市電源輸入，數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵負(fù)荷與飛輪UPS輸出配電柜連接，獲得不間斷、連續(xù)供電。UPS旁路也接同一個(gè)低壓母線當(dāng)市電正常時(shí)， UPS為負(fù)載提供9種電源故障保護(hù)，并調(diào)節(jié)輸入功率因數(shù)和抵消諧波(類(lèi)似于有源濾波器)。當(dāng)兩個(gè)市電都有故障時(shí)， UPS會(huì)持續(xù)給負(fù)載供電，然后發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，6s內(nèi)達(dá)到額定電壓和頻率，接低壓母線，用UPS完成負(fù)載過(guò)渡，10s內(nèi)給UPS充電，足夠飛輪滿負(fù)荷放電15s。當(dāng)市電源恢復(fù)后，發(fā)電機(jī)在熱備份5分鐘后停止。圖1左側(cè)是相同規(guī)格的替換發(fā)電機(jī)和不間斷電源。當(dāng)節(jié)點(diǎn)中的任何一臺(tái)發(fā)電機(jī)或UPS需要維護(hù)時(shí)，更換的發(fā)電機(jī)和UPS將投入運(yùn)行，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)配備了假負(fù)荷測(cè)試系統(tǒng)，可以定期測(cè)試系統(tǒng)中的任意一臺(tái)發(fā)電機(jī)和UPS，保證系統(tǒng)的可用性。
單個(gè)節(jié)點(diǎn)可能沒(méi)有什么特別之處。這個(gè)系統(tǒng)更大的特點(diǎn)就是當(dāng)數(shù)據(jù)中心需要4MW的持續(xù)供電，需要擴(kuò)容時(shí)，通過(guò)增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以輕松實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖2，右側(cè)增加一個(gè)節(jié)點(diǎn))。注：每個(gè)節(jié)點(diǎn)的低壓母線是單獨(dú)的，因此避免了系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)低壓并聯(lián)產(chǎn)生的母線電流。圖2 4MW連續(xù)供電系統(tǒng)(原圖)
2 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)的組成及優(yōu)點(diǎn)
利用這種節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展的設(shè)計(jì)理念，可以方便地構(gòu)建一個(gè)10MW的連續(xù)供電系統(tǒng)(見(jiàn)圖3和圖4)，11臺(tái)1000kW UPS、6臺(tái)2250kW發(fā)電機(jī)、三排控制柜和一排市電變壓器柜。為了節(jié)省數(shù)據(jù)中心的機(jī)房面積，6臺(tái)發(fā)電機(jī)為集裝箱式，布置在樓外。
圖3 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)的機(jī)房區(qū)域
圖4 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)機(jī)房示意圖
當(dāng)然，這個(gè)集成系統(tǒng)的好處遠(yuǎn)不單單是減少機(jī)房的占地面積，它的好處主要在于：
(1)無(wú)電池的儲(chǔ)能UPS(見(jiàn)圖5)從根本上節(jié)省了用戶對(duì)電池的投入，包括在恒溫恒濕，配置了專(zhuān)門(mén)的電池室，以及復(fù)雜的電池監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控每個(gè)電池的狀態(tài)和壽命。況且電池每3 ~ 4年更換一次，往往電池實(shí)際使用壽命達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。
圖5 1000千伏安不間斷電源外觀
(2)能耗的降低，一方面體現(xiàn)在UPS效率的提高。這種在線互動(dòng)UPS的效率高達(dá)98%，比傳統(tǒng)在線雙轉(zhuǎn)換UPS的效率高出4% ~ 5%。724不間斷運(yùn)行，每年可節(jié)約400萬(wàn)kWh(假設(shè)負(fù)荷為10MW)；另一方面節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)蓄電池室恒溫恒濕的電費(fèi)，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約200萬(wàn)kWh。
3結(jié)論
因此，節(jié)能、高效、無(wú)電池、低維護(hù)的上海UPS不間斷電源供電綜合系統(tǒng)值得相關(guān)用戶應(yīng)用和推廣，以降低數(shù)據(jù)中心的能耗和維護(hù)成本。
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