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1,机房供电系统建设问题,2,机房供电系统建设问题,市电电源的主要问题 UPS设备 计算机负载的特性 供电方式与冗余技术 机房供电量设计的基本原则 绿色电源与节能,3,可靠的供电是稳定业务运行 的基本条件,电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数 在电能的传送和分配过程中，要求电力系统供电安全可靠，停电次数少而且停电时间短，电压变动小，频率变化小，波形畸变小等。,4,市电的传输过程,发电厂的发电机组输出额定电压为3.1520kV 升压变电所升压至35500kV 高压输电线 区域变电所降压至610kV 配电变电所降压至380V,5,市电电源主要问题,中断(power failure) 指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况，主要由：线路上的断路器跳闸、市电供应中断、线路中断等引起。,6,7,市电电源主要问题,电压突降(power sags) 指市电电压有效值介于额定值的80%至85%之间的低压状态，并且持续时间达一个到数个周期，主要由：大型设备开机、大型电动机启动或大型电力变压器接入等引起。,8,市电电源主要问题,电压浪涌 (power surges) 指输出电压有效值高于额定值110%，而且持续时间达到一个或数个周期，主要是由于在电网上连接大型设备关机时，电网因突然卸载而产生的高压。,9,市电电源主要问题,电压起伏及闪烁(brownout) 指市电电压有效值低于额定值，并且持续较长时间，其产生原因包括：大型设备启动和加载、主电力线切换、启动 大型电动机、线路过载等。,10,11,市电电源主要问题,脉冲电压 (high voltage spikes) 指峰值达6000v，持续时间从万分之一秒至二分之一周期 (10ms)的电压，主要由于雷击、电弧放电、静态放电 或大型设备的开关操作而产生。,12,13,14,市电电源主要问题,频率变化 (frequency variation) 指市电频率的变化超过3HZ以上，原因为：应急发电机不 稳定运行，或由频率不稳定的电源供电所致。,15,市电电源主要问题,杂波干扰(noise) 指射频干扰(RFI)和电磁干扰(EFI)以及其他各种高频干扰，如马达的运行、断电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波幅射以及电气风暴等。,16,17,干扰的形式,差模干扰：排除共模噪声后，在两条电源线之间测出的电源线对公共基准点的噪声，测试结果为两电源线的噪声分量之差，交流电路通常指输入L线对和N线的噪声。 共模干扰：指两导体对某个基准点具有大小基本相等，方向相同的噪声，交流电路通常指输入L线和N线对地的噪声。,18,市电电源主要问题解决设备,稳压电源 隔离变压器 飞轮稳压装置 发电机 ATS STS UPS,性能良好的UPS可提供非常准确的电压稳定度、频率稳定度，能基本解决市电电源问题,19,20,21,22,UPS基本结构,整流器 逆变器 旁通开关（静态/手动） 蓄电池组 控制监测系统,23,UPS按工作原理分可分为,离线式（off line） 在线双变换式（on line） （IEC62040 (UPS)VFI-SS-111 ）,24,F,S,I,S,1,1,1,输出不随输入变化 在正常操作模式. 等级: VFI =输出/输入电压和频率相对 独立 VI = 输出电压独立 VFD =输出电压和频率随输入变 化而变化,输出波形(静态特性) 1. 字符 = 正常或旁路操作 2. 字符 = 电池操作 等级: S = 正弦波（低扰动） X = 正弦波（高扰动） Y = 非正弦波,输出动态特性 1. 数字=在充电模式下的电压动态特性 2. 数字 = 在正常/电池操作模式带100线性负载条件下的电压动态特性 3. 数字 =在正常/电池操作模式带100非线性负载条件下的电压动态特性,双转换在线式 根据 IEC EN 62040-3 (ex- EN 50091-3),V,25,UPS按输出波形分可分为,方波输出 正弦波输,26,UPS按输入输出方式可分为,单相输入单相输出 三相输入单相输出 三相输入三相输出,27,UPS按容量可分为,小功率 5KVA以下 中功率 5KVA30KVA 大功率 30KVA以上,28,29,UPS按备用时间可分为,标准型UPS备用时间为5-25分钟 长效型。UPS备用时间为1-8小时,30,UPS按有无输出变压器可分为,工频机 高频机,31,Bypass,市 电 输 入,负载,Output,AC DC,AC DC,工频UPS的基本电路结构,32,高频UPS的基本电路结构,33,工频机与高频机的特点比较,工频机 零地分离彻底 无高频干扰 隔离变压器可以隔直 高频机 价格低 体积小 效率高,34,UPS按结构形态可分为,塔式机 模块化,35,36,37,塔式机与模块化机的特点比较,塔式机 价格低 单机可靠性高 输出电源质量较好 模块化机 体积小 系统可用性好 效率高,38,UPS系统容量要求,系统容量指的是交流供电时，供电设备所能提供的最大功率。UPS供电时额定功率表示千伏安（KVA）。千伏安表示的是视在功率，千瓦（KW）表示的是有功功率。这在实际应用中是有很大的区别的，UPS的设计理想情况下，它们的功率因数应与实际负载是相近的，能最大限度的满足负载的有功功率需求。,39,负载种类和特性,线性负载 阻性负载，电流电压同步。 感性负载，电流滞后电压。 容性负载，电流超前电压。 非线性负载 电流与电压呈现非线性关系，电流波形畸变除基波外，还含有丰富的高次谐波。,40,负载的波峰系数,波峰系数是周期性的负载的波峰电流与RMS电流的比值(RMS:根均方值，即平均值) 线性负载的波峰系数为1.4 基准非线性负载的波峰系数为2.7,41,42,小型负载的特性,功率因数0.8左右 非线性负载 呈容性或感性 一般无PFC功率因数校正 波峰系数大 启动电流大 同时使用系数=1,43,大型负载的特性,功率因数0.9以上 非线性负载 电流电压基本同步 大功率设备自身均带有PFC功率因数校正 波峰系数大 启动电流小 同时使用系数1,44,UPS的供电方式,集中供电方案 负载比较集中，集中便于管理 分散供电方案 负载比较分散，且各负载之间比较独立，对供电质量要求较高 可靠性高,45,UPS的供电方式 两种方式的优缺点列表如下,46,UPS的冗余供电方案,利用冗余并机技术使设备避免了高发的单一故障点，确保了电源系统的最高可用性。 若其中的一个部分发生故障，它将自动脱离系统，而其它冗余部分仍会继续给负载供电，以保证系统的正常运行。,单一故障点,单一故障点,冗余设计,47,UPS双机串联供电方案,优点：对设备的要求低，方案实施简单 缺点：备份机阶跃负载变化大，电流冲击大,48,49,UPS双机并联供电方案,优点：负载均担，系统可靠 缺点：有单一故障点，要求设备有同步并机能力,50,51,UPS双机双母线输出方案,优点：不要求有双机同步能力，对双电源系统无单一故障点 缺点：有九种失效可能，对单电源设备多了一重单一故障点，实际用效果有时不确定,52,53,UPS 11并机双母线冗余方案,优点：除单电源设备无单一故障点，失效可能降为两种 缺点：投资过大，系统效率过低,54,并机双总线供电系统,55,红灯背后的硬件与软件投资,56,串连互备双母线,性能高度可靠，彻底堵塞传统供电系统的直供漏洞，系统可扩充能力强，投资低廉，与传统供电模式可良好兼容。 已申报国家专利，专利申报号200720175595.X 。,57,电源可靠性的提高,58,机房供电量设计的基本原则,供配电系统设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷 性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。 供配电系统设计应根据工程特点、规模和发展规划，做到远近期结合，以近期为主 。,59,机房供电量设计的基本原则,供电容量的确定 供电冗余形式的确定 平面布置,完整的供电系统示意图,61,高可靠性的供电系统： 双路供电、自备柴油发电机、ATS自动切换、双路完全化UPS系统、PDU智能配电柜。,ATS1,柴油发电机,ATS2,市电1,市电2,模块热 插拔冗余n+1 UPS,模块热 插拔冗余n+1 UPS,服务器,服务器,单电源负载,ATS,PDU,输入 配电 柜,输入 配电 柜,双电源负载,PDU,某国际知名IT公司高可性大功率UPS供电系统,高可靠性的供电系统示应用实例,输出 配电 柜,输出 配电 柜,62,绿色电源与节能,提高单机的电源效率 提高单机的带载率 减少谐波失真提高系统效率,63,绿色电源与节能,谐波的危害 使电源电压畸变，电压质量下降，线损增大 使电机发热（电流谐波增加铜耗，电压谐波增加铁耗），效率下降，COS减少 使电机震动增大，转速不稳，产生抖动 使电机噪音增大 高次谐波与电线电容谐振产生过电压，危害绝缘强度，使之耐压降低，以至造成过电压击穿（线路长时更危险） 使电容器产生过热，增加损耗，以至产生电击穿或热击穿 使电路三相输入电流不平衡度加大（最大时可差50%的线电流） 干扰计算机系统正常工作，使电子设备工作不稳定，严重时甚至无法工作或设置参数过大影响正常工作,64,绿色电源与节能,UPS输入电流谐波的危害 UPS输入电流谐波失真的危害不仅是对外网，还会沿着零线进入UPS侧引起零地电压升高，威胁计算机安全 （案例）,65,绿色电源与节能,高频谐波引起电位升高,66,绿色电源与节能,谐波失真产生的原因 一般数据中心使用的UPS，主要主电路是双变换形式，采用整流器、逆变器“交直、直交”的两次转换，而且是电压型的，它的输入具有整流电路 谐波失真发生在UPS的整流器,67,绿色电源与节能,整流器是UPS必不可少的组成部分 为调压可控硅整流只能斩掉一部分输入电 流 最大缺点就是对电网的干扰问题,68,绿色电源与节能,增加整流器脉数（体积大） 加装有源滤波器（耗电） 使用IGBT整流技术（最好）,69,绿色电源与节能,IGBT整流技术 整流器利用高频切换脉宽调制电流，达到正弦波式输入电流的目的,70,绿色电源与节能,71,绿色电源与节能,72,绿色电源与节能,供电节能有很多种方式 降低输入电流谐波失真不但可以节能，而且可以增加系统的安全性 降低输入电流谐波失真的最好办法是使用使用IGBT整流技术,73,UPS未来发展智能化,实时监测 诊断故障 应急保护 自身维护 交换信息 中文显示,74,UPS未来发展数字化,数字信号控制器（DSP） 数字化的霍儿传感器件 多重微处理器冗余系统 多运行模式预制,75,UPS未来发展高频化,第一代UPS的功率开关为可控硅 第二代为大功率晶体管或场效