技术方案原理

1、摘要： 长期以来，人们设计和建筑供电系统时，把主要精力和关注的目标放在对优质设备的选用上，付出的代价的是昂扬的本钱、过长的建立周期，而系统的可用性、可扩展性、能源效率、可维护性等方面却不尽人意。UPS的选用上，却无视对供电方案的分析争辩，或者简洁地套用已成型的供电系统方案，其结果是，系统选用的供电方案和设备可能是一流的，而建立结果却达不到设计预期的效果，甚至是一流的设备因系统设计的不完善而不能正常牢靠地工作。陈旧的观念和对很多问题的误会，付出的代价的是昂扬的本钱、过长的建立周期，而系统的可用性、可扩展性、能源效率、可维护性等方面却不尽人意。选择配置供电系统方案的原则与规划数据中心的定位和可用性

2、要求；电网环境和负载性质；可行性；能源效率要求；规划设计供电系统时必需综合考虑以上要求，有的放矢地选用最正确的供电方案。数据中心业务定位和对供电系统可用性要求不同业务定位的数据中心在对可用性要求方面有着明显的差异，有些科研和训练系统的数据中心对供电系统可用性的要求不高，或者没有要求，由于这种类型的数据中心对业务的连续性没有苛刻的规定。而247有任何的中断（包括打算内的维护）。对数据中心可用性的一般性论述，概括起来就是指在整个数据中心的生命周期内，在外部资源能够充分得到满足的前提下，在保持业务连续性的同时，具有较高的机敏性，满足按需建立、后期升级扩容等要求。而在外部资源有限状况下，能够做到资源的

3、合理使用。但是，具体到供电系统，可用性的概念就更具体，并且可以量化。这里讲的是牢靠性科学范畴的可用性，见本文其次篇“2.2用性争辩变化”。数据中心宕机本钱：确定供电系统应具备的相应的可用性等级；数据中心预算本钱：制约供电系统可用性等级的提高。预算本钱取决于建立投入力量。3.1UPS度对供电系统的本钱做全面的考察。以最低的初期投入和运行维护费用获得最大的经济效益。这就需要针对生命周期内的经济效益进展评价，要考虑整体寿命周期中的建立、运行、扩容、治理和维护的总本钱。TCO可能会使数据中心入不敷出，最终导致失败。若想削减供电系统的建立投入本钱，必需在方案选择设计、设备配置和设备选用过程中，本着经济、

4、数据中心供电系统建立规模与容量（经济可能性和技术可行性）5且系统实施方案也应具有扩展性和机敏性。IT供电设备的损耗（由效率打算）：包括发电机、变压器、各种转换开关、各级配电、传输线缆、UPS系统等；安全与照明；关心设备。 对关键负载供电容量的统计估算关键负载是指构成 IT 业务架构的全部IT 硬件组件，还包括相应的安全系统、消防和监控系统。首先需要列出全部这些设备的标称额定功率，然后必需调整标称数据以反映预期的真实负载。在绝大多数状况IT33%。ITIT UPSUPS性等级和相应的供电方案，然后对供电系统全部设备在实际运行时的工作效率做符合实际状况的估算。表2(N+1)UPS3.2 供电系统各

5、种设备的效率范围对于供配电系统的个个环节，可以依据目前和将来的负载状况进展扩展或调整，但是估算时必需充分IT提下增加功率容量。 照明设施负载221.5 制冷负载制冷系统包括制冷、空调、温湿度调整。制冷在效率上有很大差异，不过可细分为冷冻水系统和直接（IT设施设备的效率损耗）701000.71.01.01.3。 估算电力电网系统的容量125%，以满足国家电气标准的要求。数据中心内负载的稳态功耗打算了用于计算电力本钱的功耗。但是，为数据中心供电的电网和发电机电源不能按稳定状态值估算。这些电源必需按负载峰值功耗估算，再加上标准或工程惯例所规定的降额系数或裕度，这样会导致供电馈线和发电机的设计容量高于

6、上面估算的范围。 估算发电机备用电力系统的容量首先要留意假设数据中心是柴油发电机的唯一的负载，主供电电网故障后上面估算总容量都要通过转可能会将超前（容性，由无源滤波引起）功率因数施加到发电机上，这些都会影响发电机供给所需电力容量的力量而且假设它，还可能导致发电机出故障。3.1.3 数据中心供电系统规划设计流程：类型迥异的设备进展定制化设计，组合成一个数据中心需要的独特的大型供电系统。简洁地定制连接和组（鲁伯哥德堡效应不科学的非标准化的规划设计主要表现在：凭主观臆断确定数据中心规模、预算、建筑进度；在没有对所建数据中心的功能、技术可行性做充分论证的状况下首先从工程细节和设备选购入手，例如，我们要

7、选用UPS2带来巨大麻烦和昂扬的代价，如何避开这些问题，关键是要严格遵守正确的规划设计程序。数据中心供电系统规划设计内容包括：IT根底物理设施规划：可用性等级和相应的供电方案；制定工程打算书：编制设计标书；制定工程设计打算：编制具体的工程化的建筑设计资料。各种供电系统配置方法与性能比较UPS 有多种供电方案已经在数据中心中使用，诸如并联冗余、串联冗余、分布式冗余、多路并联总线、双UPSTIAIIIIV3.3子系统和关键设备可用性的统计和阅历数据。3.3 供电系统子系统和设备的可用性数据关于集中式、区域式、分散式供电方案的争辩是分散式的争辩和争辩。实际上因数据中心的规模不同、机房布局不同、维护水

8、平不同、对可扩展力量的要求不同等因素，供电布局方案有三种形式：UPSIT集中式供电方案：整个机房只使用一台或一套 UPS 系统为整个数据中心供电；ITUPS（UPS）集中地供电。3.43.4 三种供电系统布局方案的比较典型的沟通输入不停电供电系统方案配置很长时间以来，人们认为只要系统中配置了 UPS 设备，就可做到不停电供电。实际上并非如此。UPS 对于当前要求必需连续运行的数据中心，UPS于电池备用时间，系统照样宕机。IT5KWIT1-2增加沟通输入的冗余配置。3.1TIAIIIIV3.2输入系统的可用性：（图中虚线所示），则要求两路市电是完全独立的，也就是说两路市电在发电、传输和运行维护方

9、面是完全隔离的，此时系统的可用性为：适用于标准TIAIIIIVUPSUPSN”系统、并联冗余“N+1”系统和并联冗余“2N”系统。但是为了满足标准TIAIV2N”系统，也称双总线系统。（1）双总线构造3.23.3“2N”系统的拓扑构造，也成为“?2N”系统。“2N”与“?2N”系统的共同点对双输入电源负载来说，两条供电线路是冗余的;UPSUPS头柜等全部环节和设备都是一一对应冗余的：设备是靠机械触电转换的，所以仍有格外好的隔离功能；两个 UPS 系统完全独立运行，相互隔离，没有同频同相和同幅要求；UPS、开关装置和其他配电设备进展维护；UPS“2N”与“?2N”系统的差异3.3?2N”系统可选

10、用容量较小的设备，对于一样容量的数据中3：23.3“?2N”系统对大容量数据中心“区域性”供电方案更具有机敏性；对于整个数据中心而言，假设图3.2?2N”系统的三路负载并不是孤立的，也就是说三路负载中任意一路因供电故障而宕机时，整个数据中心的三路负载的功能都会受到影响，那么对整个数据中心而言，“?2N2+1双总线系统的缺点（包括购置本钱、运行本钱、占据空间等）也越昂扬。可以说，这种系统是行业中最牢靠也最昂贵的一种设计；由于未到达满负荷工作状态，供电设备容量利用率低，工作效率低。“2N”系统可用性3.22N”系统的可用性假定：A1、A2：-分别为市电和高压变压器的可用性；A3-UPSUPS A4

11、-转换开关ATSA5-油机的可用性；A6-UPSUPS依据表 3.2 数据，可计算出整个“2N”系统的可用性：节 供电系统设计与应用中存在的误会和错误观念尽管各种方案都曾有过大量的使用案例并且运行实践说明是可行的，但是，由于在方案选择和设计过程中存在着很多错误的观念和误会，使这些已在运行的系统不断暴露出各种各样的问题，究其缘由，设备IT的新的要求，使用传统的陈旧的技术造成的，更有甚者是对新技术新设备的误会和错误观念造成的。本文将扼要地提出以下问题供数据中心规划设计者争辩。对 UPS 性能指标的重新打量UPS（见本文其次篇，UPSUPSUPSUPSMTBFMTBFMTBF一个概率指标，指设备可连

12、续牢靠工作的概率，MTBF 的倒数，一个年失效率 0.1MTBF876000.1（MTBF=87600）的设备，随时都可能发生故障。MTBF3优劣依据的。对系统牢靠性和设备故障率的错误生疏在选用模块化 UPS 或者对单机做n+1 配置时，人们觉察设备越多故障率也越高（规律是对的），因此得出系统牢靠性必定差的结论。这种观念的错误之处在于，在当代数据中心供电系统冗余容错设计中，设IT能连续不中断地运行，这就是他们宁可选用设备多（故障率高）的n+12n（故障率低）nUPS效的关键措施。UPS15（包括DeltaUPS）问世以来，就消灭了高频机与传统工频机谁优谁劣的广泛而剧烈的争辩，争辩的问题包括隔离

13、问题、抗干扰问题、对零地电压的影响、安全牢靠问题。在这些问题中，有些是电路构造的差异带来的，有些则是错误的观念和无知造成的。相对于传统工频机，高频机在输入功率因数、效率、体积、重量、本钱等方面都有无可比较的优势，如今已经被更多的用户生疏和承受，UPS模块机是 UPS 设备进展的必定趋势UPS的模块化系统。他不仅具备了高频机构造、系统冗余容错设计、系统集成化架构的全部优势，它的可快速UPSUPS。有关备用柴油发电机的配置和使用问题越来越多的用户和供电系统设计者已经建立起现代数据中心必需配置沟通输入备用能源-柴油发电机的观念，但是，对油机在市电故障时是否能准确无误的投入运行感到无限忧虑，并在数据中

14、心供电系统设UPS观念是把备用油机作为公共电力环境的一部份，像市电一样是由数据中心所在地区或建筑物的公共电力供给部门供给和维护的，数据中心的维护人员无法随时把握油机的状态。要解决这一问题，就必需转变传统的观念，既然油机是现代数据中心必需具备的设备，就应当把油机作为数据中心供电系统的一个设备，像对备用电池容量的选择UPSIT中，市电掉电后 IT 设备需要持续的供电和制冷两个条件才能连续运行。持续制冷是由后备油机保证的，而的状况下，这无异于可把沟通输入电源的故障时间把握在 15 秒钟左右，那末又何必把电池备用时间扩大到30本文将在第八篇中对此问题做特地争辩。STS在双总线（2N）供电系统中，特别是

15、存在单输入电源负载的系统中，传统的设计者的习惯做法是在两路 UPS 供电系统的输出端配置STS 静态开关设备。但是 STS 在两个沟通输入电源同步的状况下才能实现在规定的时间内不连续的转换，否则其转换时间会变成一个不确定的数。为此就必需在两路供电系统中配置2NUPS故障点，又由于不隔离的两路 UPS 的相依性关系，一路UPS 故障可能诱发另一路同时故障，最终是使 2N 系统的功能不能充分发挥，可用性降低。正确的做法是，假设系统中存在单输入电源负载，应使用小功率机ATS，ATS10msIT2N要重视谐波的影响和谐波抑制计者更应关注谐波对供电系统本身的影响。包括：谐波是供电系统零线电流增大的主要缘由；导致 UPS 前端设备无功损耗增大、线缆发热，因此必需加大设备和导线容量；（购置本钱、占地空间、能耗）；影响油机的正常运行，必需增大油机与系统的容量比；IGBTUPS0.993%以下。有关谐波的产生和治理，在本文第七篇将有特地的论述。供电系统零地电压问题在数据中心供