大型数据中心中压型ups系统应用研究

1、大型数据中心中压型UPS系统应用研究第1页目录目录低压配电系统减配可行性与必要性1数据中心供配电现实状况与问题23中压不间断电源系统方案14中压不间断电源系统方案2第2页数据中心供配电系统现实状况与问题数据中心常规供配电结构普通是市电（35kV、10kV）到高压配电，之后经过变压器与低压配电系统成套；再经过密集母线或电缆分配到楼层，由楼层配电向UPS系统供电；更大容量采取模块化、分区供电第3页数据中心供配电系统现实状况与问题供配电等级多，安全隐患大 从供电安全性考虑，配电系统等级越简单越安全；前后级开关越少越安全、配电等级越少越可靠性；靠近负荷中心电压等级越高越节能。大型数据中心普通经历35K

2、V开关站10KV高压配电柜10KV配电柜变压器低压配电柜密集母线配电柜UPS系统，8层级配电结构，每多1个层级则增加一个故障隐患点。投资浪费严重 电池充电及负载冗余都必须要求低压配电系统配置容量加大；每套系统冗余度都会带来设备投资、母线投资和机房空间浪费情况。影响机房可使用面积，增加建筑成本 对于大型数据中心，分区配置变压器、低压配电室、UPS电源室，对应电源区域要预留40%左右空间，高压分散进机房，高低配最少占用15%空间；低压配电结构冗余度越大占机房面积越大（比如2N系统）。第4页目录目录低压配电系统减配可行性与必要性1数据中心供配电现实状况与问题23中压不间断电源系统方案14中压不间断电

3、源系统方案2第5页低压配电系统减配可行性与必要性减配目标2节约建设5适当4简练维护3节能运行1安全层级第6页低压配电系统减配可行性与必要性低压配电中计量采取高压端计量传统数据中心往往在低压侧计量，即“高供低计”；伴随数据中心规模越来越大，很多大型数据中心已经有10套以上低压配电系统，且分为生活用电、办公用电、空调用电等，将计量放在高压将成为一个趋势和必要，将简化低压侧配置。第7页低压配电系统减配可行性与必要性低压赔偿功效改为高压赔偿与负荷中心就近赔偿 当前大部分低压电容器柜设置为低压侧集中赔偿，实际运行方式为人工投入，而数据中心感性负载和容性负载同时存在，相互补充，造成赔偿属于后赔偿不能起到有

4、效作用；应针对详细机房谐波环境和无功负荷情况采取高压赔偿与就近赔偿。第8页低压配电系统减配可行性与必要性大型数据中心采取高压油机是趋势 大型数据中心已推广高压油机，带来很多优势：电缆、上下游开关及电缆建设投资节约，运行节能；配电结构简化提升可靠性；更适合高压冷水机组供电。 高压油机集中布置，能够依据功耗发展情况分期、逐台投资，而低压油机则只能是与低配模块化相匹配而不论油机实际负载率，造成油机投资浪费；推广使用高压油机可躲避低压方式中ATS容量和体积瓶颈。第9页低压配电系统减配可行性与必要性结论 低压配电系统中主要计量、赔偿、ATS柜基本都能够经过集中设置在高压侧，来简化低压系统，为低压侧分散进

5、入负荷中心创造条件；低压侧分散也为机房利用率提升、维护便捷性，运行节能带来益处；也为中压UPS引入奠定基础。第10页目录目录低压配电系统减配可行性与必要性1数据中心供配电现实状况与问题23中压不间断电源系统方案14中压不间断电源系统方案2第11页中压UPS不间断电源-工作原理1、市电+蓄电池组充电2、发电机组+蓄电池组3、市电切换油机停机第12页中压UPS不间断电源比如在美国，中压不间断电源最初用于半导体等高附加值企业，保障其设备连续安全生产;近十年来，逐步在政府，金融，航空航天以及数据中心领域得到得以应用。NASA用于保护卫星追踪系统政府部门用于保护数据中心Phoenix Nap数据中心第1

6、3页中压UPS不间断电源-特点中压系统2.0 MW 20 MW 离线式结构 2-4ms切换高效率 (98.5% )模块化占地面积小可用户保护空调等机械类负载户外机型与户内机型户外机型户内机型（PCS）第14页中压UPS不间断电源-户内机型组成部分系统开关柜：输入输出以及旁路功效柜电力电子开关柜：市电波动时，电力电子开关2-4ms将UPS切换为电池输出变压器：双向变流器（PCS）输出升压至所需电压等级PCS：双向变流器用于电池充放电电池：储能器件第15页中压UPS不间断电源-户外机型组成部分系统开关柜：输入输出以及旁路功效柜电力电子开关柜：市电波动时，电力电子开关2-4ms将UPS切换为电池输出

7、储能箱：集成充电器，逆变器，变压器以及电池第16页UServerTXATSMV SWG.STSPDUGEN SWG. Gen Gen UPSUPSUPSMax 3200AMax 4000A, 65kAMax 3000kWUPSPARALLELING SWG. AUPS INPUT SWG. Max 4000AMax 3000kVAUPS OUTPUT SWG. A2MW 数据中心低压配电结构第17页UServerTXATSMV SWG. STSIT UPS OUTPUT SWG. PDUGEN SWG.Gen Gen UPSUPSUPSUPSMECH SWG. TXATSGEN SWG. Ge

8、n Gen TXATSSTSGEN SWG.Gen Gen UPSUPSUPSMECH UPS INPUT SWG. Re-circ.PumpsChillerCRACCTFansIT UPS INPUT SWG. UPS PARALLELING SWG.UPS PARALLELING SWG. MECH UPS OUTPUT SWG. 2MW 数据中心低压配电结构含空调保护第18页UServerTXMV SWG. IT UPS OUTPUT SWG. PDUGen Gen MECH SWG. TXTXRe-circ. PumpsChillerCRACCTFansMECH UPS OUTPUT

9、SWG. Gen MV UPSMV UPSMV GEN SWG.MV STSMV ATS2MW 数据中心中压保护方案含空调，冰水机保护第19页UServerTXMV SWG. IT UPS OUTPUT SWG. PDUGen Gen MECH SWG. TXTXRe-circ. PumpsChillerCRACCTFansMECH UPS OUTPUT SWG. Gen MV UPSMV UPSMV GEN SWG.MV STSMV ATS2MW 数据中心中压保护方案含空调，冰水机保护第20页UServerTXMV SWG. IT UPS OUTPUT SWG. PDUGen Gen TXR

10、e-circ. PumpsChillerCRACCTFansGen MV UPSMV UPSMV GEN SWG.MV STSMV ATSMECH SWG. 中压不间断电源2MW 数据中心中压保护方案含空调，冰水机保护第21页2 MW 10 kV = 144 Amps2 MW 380 V = 3787 Amps电缆载流量要求降低到1/26电压等级提升，电缆截面变为1/26！第22页UMV SWG. 10MW数据中心低压保护方案第23页IT LOADTXPDUSWGRIT LOADTXPDUIT LOADTXPDUSWGRIT LOADTXPDUIT LOADTXPDUSWGRSWGRSWGRU

11、IT LOADTXPDUSWGRIT LOADTXPDUIT LOADTXPDUSWGRIT LOADTXPDUIT LADTXPDUSWGRSWGRSWGR2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPSMV STSMV ATSU2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPS2MW MVUPSMV STSMV ATSGen MV PARALLELING SWGR BGen Gen Gen Gen Gen Gen MV PARALLELING SWGR AGen Gen Gen Gen Ge

12、n MV SWG. AMV SWG. B中压保护方案第24页1322 平方米 10MW数据中心低压方案占地面积第25页10MW数据中心中压方案占地面积节约50% 室内空间第26页19%40%49%52%55%SF占地面积比较第27页高层建筑中低压不间断电源（UPS）分布占地面积大 第28页高层建筑中中压不间断电源（UPS）分布占地面积小，电流小第29页高效率节约电费开支第30页指标中压不间断电源系统(98.5%能效)低压不间断电源系统（92%能效）容量5MVA/4MW10kV500kVA380V*10设备成本27,000,00024,000,000（含低配）年度电费28,450,00030,4

13、60,000十年总拥有成本（TCO）311,500,000*328,600,0004MW不间断电源中低压投资比较*节约楼面面积所带来收益未列入第31页Phoenix NAP数据中心Two 5MVA 12.47kV 第32页Phoenix NAP数据中心Two 5MVA 12.47kV 第33页美国国家航空和宇宙航行局NASA/JPL Goldstone 12.4KV 2*2.5MVA第34页目录目录低压配电系统减配可行性与必要性1数据中心供配电现实状况与问题234中压不间断电源系统方案1中压不间断电源系统方案2第35页中压UPS方案210KV变压器与UPS一体化10KV变压器与UPS整合成一体设备；输入10KV，输出380V；以高压油机、高压计量、高压集中赔偿为前提；变压器+UPS组合能够在工厂预制好，占地小、可靠性高；该中压UPS能够中小型化利于分批投资。项目描述数量单价总价变压器10KV/380V，1250KVA5台80000400000UPS输入柜380V4台1500006