日前,由中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)電氣分會(huì)、中國(guó)建設(shè)科技集團(tuán)股份有限公司主辦的“全國(guó)電氣技術(shù)交流大會(huì)”在上海隆重召開(kāi)。本大會(huì)旨在為設(shè)計(jì)單位和生產(chǎn)企業(yè)提供電氣技術(shù)的學(xué)術(shù)交流平臺(tái),共議電氣行業(yè)發(fā)展方向,探討電氣行業(yè)目前出現(xiàn)的熱點(diǎn)、疑難問(wèn)題,促進(jìn)電氣行業(yè)技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步。

全球動(dòng)力管理公司伊頓作為協(xié)辦單位出席大會(huì),伊頓電源大中華區(qū)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)王偉在大會(huì)上分享了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電制式的發(fā)展與電氣設(shè)計(jì),從發(fā)展背景、現(xiàn)存問(wèn)題、應(yīng)用分析、發(fā)展趨勢(shì)等對(duì)數(shù)據(jù)中心多種供電制式進(jìn)行剖析,為 5G 和云時(shí)代供電制式選擇提供參考。

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伊頓電源大中華區(qū)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān) 王偉

王偉在分享中提出,層出不窮的各類(lèi)線上應(yīng)用場(chǎng)景正在使企業(yè)加速“上云”部署,數(shù)據(jù)中心也從服務(wù)中心演變成了生產(chǎn)中心,從成本中心演變成為了效益中心,從支撐業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展。5G 和云計(jì)算的加速部署趨勢(shì)下,超大規(guī)模、大型以及邊緣數(shù)據(jù)中心等多形態(tài)數(shù)據(jù)中心齊頭并進(jìn),成為角色多元的新基建數(shù)字底座。

作為數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行的重要支撐之一,供電系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)新技術(shù),加強(qiáng)其雙生命周期表現(xiàn),助力數(shù)據(jù)中心達(dá)到更高可靠性、可用性的同時(shí),兼顧卓越能效管理水平,從而實(shí)現(xiàn)更低的 TCO,正在成為設(shè)計(jì)院、生產(chǎn)廠商爭(zhēng)取更大市場(chǎng)機(jī)會(huì)的重要砝碼。

在演講中,王偉介紹了數(shù)據(jù)中心供電制式發(fā)展的背景,根據(jù)采用的電源性質(zhì)與運(yùn)行方式不同,構(gòu)成了不同的數(shù)據(jù)中心供電制式,并重點(diǎn)介紹了伊頓交流直供供電制式在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心規(guī)?；瘧?yīng)用的技術(shù)與效益優(yōu)勢(shì)。

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數(shù)據(jù)中心 UPS “交流直供”供電制式

交流直供供電制式的定義:

正常路徑:在旁路市電供電正常時(shí),UPS 經(jīng)過(guò)旁路開(kāi)關(guān)直接給數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載供電;

后備路徑:在旁路市電供電中斷或超限時(shí),雙變換供電或“蓄電池經(jīng) UPS 的 DC/AC逆變器”給數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載供電;

緊急路徑:當(dāng) UPS 設(shè)備故障時(shí),UPS 將不間斷地轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路,市電經(jīng)由 UPS 內(nèi)置的旁路電子開(kāi)關(guān)給數(shù)據(jù)設(shè)備供電。

中國(guó)電網(wǎng)技術(shù)的建設(shè)與發(fā)展,帶來(lái)了數(shù)據(jù)中心供電環(huán)境的穩(wěn)定性,2N 高/中壓不同源、雙市電供電回路設(shè)計(jì),進(jìn)一步降低了市電停電的概率。據(jù)伊頓對(duì)在網(wǎng) UPS 工作狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,超過(guò) 99% 的時(shí)間市電處于優(yōu)良的供電狀態(tài),僅有不到 1% 的時(shí)間需要后備電池供電。

為此,伊頓推出了具有專(zhuān)利技術(shù)的交流直供制式。這一制式可在不改變傳統(tǒng) UPS 供電制式的電路結(jié)構(gòu)、配電線路、配電開(kāi)關(guān)等任何部件的情況下,只需升級(jí)到一套具有主回路休眠功能的伊頓標(biāo)準(zhǔn) UPS 產(chǎn)品就可實(shí)現(xiàn)。該 UPS 在市電網(wǎng)正常時(shí),市電通過(guò) UPS 旁路向負(fù)載供電,而主回路的整流、逆變器處于休眠狀態(tài),當(dāng)市電超限或故障時(shí)轉(zhuǎn)到雙變換模式向負(fù)載供電,這一切換的典型時(shí)間僅為 2ms 不到,充分滿足負(fù)載“不間斷”的供電要求。

伊頓交流直供制式完全適應(yīng)中國(guó)公共電網(wǎng)的要求,為數(shù)據(jù)中心 IT 負(fù)載提供最高安全等級(jí)的輸出電壓保證,尤其是當(dāng)今數(shù)據(jù)中心 UPS 帶載率普遍在 50% 以下的輕載現(xiàn)狀,在 ESS 模式下運(yùn)行,伊頓系列 UPS 的最高實(shí)用效率可高達(dá) 99%,實(shí)現(xiàn)理想的“無(wú)損”節(jié)能工作。

這一技術(shù)的技術(shù)原理和性能指標(biāo)完全不同于其它友商傳統(tǒng)的 ECO(旁路優(yōu)先)模式。

UPS 雙變換供電制式

UPS雙變換供電制式是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最久、最廣的供電模式。

UPS 雙變換供電制式的定義:

正常路徑:在市電供電正常時(shí),UPS 經(jīng)過(guò) AC/DC 和 DC/AC 的兩級(jí)變換給數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載供電;

后備路徑:在市電供電中斷時(shí),蓄電池經(jīng) UPS 的 DC/AC 逆變器給數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載供電;

緊急路徑:當(dāng) UPS 故障時(shí),UPS 將不間斷地轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路,市電經(jīng)由 UPS 內(nèi)置的旁路電子開(kāi)關(guān)給數(shù)據(jù)設(shè)備供電。

顧名思義,雙變換 UPS 需要進(jìn)行兩次電力交換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的供電,所以效率損耗較大,通常有高達(dá) 4-12% 的損耗,在數(shù)據(jù)中心通常的 50% 負(fù)載下,這一損耗通常更大,這成為制約現(xiàn)代大型數(shù)據(jù)中心 PUE 提高的主要因素。

近年來(lái),雙變換的 UPS 產(chǎn)品在節(jié)能降耗方面也做了大量的技術(shù)發(fā)展,其中最重要的發(fā)展就是 UPS 技術(shù)從工頻機(jī)向高頻機(jī)發(fā)展,從二電平向多電平發(fā)展。智能電子升壓淘汰了電壓器的磁耦合升壓,卓越的多電平諧波控制技術(shù),這些不斷創(chuàng)新的技術(shù)的運(yùn)用使 UPS 的雙變換效率達(dá)到了 96% 以上,諧波也控制在了小于 3% 的范圍。

其次,基于對(duì)可靠性和可維護(hù)性的綜合要求,UPS 產(chǎn)品也已經(jīng)從 B 級(jí)的塔式一體機(jī)和 C 級(jí)的小模塊插拔機(jī)向著 A 級(jí)的大模塊組合機(jī)方向發(fā)展。伊頓 9395 UPS 作為市場(chǎng)典型的 A 級(jí)大模塊組合機(jī),通過(guò)多模塊組合、三路供電和多 DSP 控制技術(shù)等,確保了 UPS 產(chǎn)品可靠性;并通過(guò)使用主功率模塊組件的在線維護(hù)技術(shù)大大提升了產(chǎn)品的可維護(hù)性。

另外,UPS 的大模塊化設(shè)計(jì)可以使產(chǎn)品兼具單機(jī)和并機(jī)的優(yōu)點(diǎn),在并機(jī)系統(tǒng)中所有模塊互為備份、靈活配置,提高系統(tǒng)可靠性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)靈活的冗余擴(kuò)展性,提高 UPS 的容量交付能力,伊頓 9395 系列 UPS 容量最大可達(dá) 1200kVA。

第三,雙變換 UPS 正向著兼顧儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的方向發(fā)展。儲(chǔ)能型 UPS 可與電網(wǎng)進(jìn)行更好的雙向協(xié)同,通過(guò)移峰填谷降低用電成本。

伊頓通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新,將優(yōu)化成本、改善運(yùn)營(yíng)等客戶(hù)期待付諸于實(shí)踐,希望幫助客戶(hù)提升能效,從節(jié)約能源和較少碳排放角度增加客戶(hù)的收入與盈利能力,助力客戶(hù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

伊頓 Power Xpert™ 9395 系列 UPS

HVDC 供電制式

基于絕大部分原先由 AC 220V 供電的數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載可以直接用 276V 直流供電,近年在中國(guó)市場(chǎng)衍生出了高壓直流 HVDC 供電制式。

HVDC供電制式的定義為:

相對(duì)于24V/48V通信電源,276V電壓較高,所以被定義為HVDC(與電網(wǎng)的HVDC無(wú)關(guān))。

正常路徑:在市電供電正常時(shí),HVDC經(jīng)過(guò)AC/DC變換輸出直流電(276V或380V)給數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載供電;

后備路徑:在市電供電中斷時(shí),蓄電池經(jīng)直接給數(shù)據(jù)設(shè)備負(fù)載供電;

緊急路徑:無(wú)

你所理解的 HVDC 供電制式是這樣嗎

事實(shí)上,HVDC 是三級(jí)變換,并不是一個(gè)節(jié)能產(chǎn)品,最新的 HVDC 產(chǎn)品效率在 96.5%-97%,典型的 HVDC 模塊效率僅達(dá) 94%-96%。同時(shí),無(wú)應(yīng)急供電路徑及電池直掛負(fù)載母線的問(wèn)題,都給數(shù)據(jù)中心埋下隱患。

在應(yīng)用方面,HVDC 模塊容量小,需要更多的模塊并聯(lián)組成系統(tǒng)所需容量,降低了系統(tǒng)可靠性。HVDC 供電制式無(wú)法給部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電,會(huì)導(dǎo)致交流、直流在 IT 端的混合供電,也無(wú)法給數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵物理基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)機(jī)、冷機(jī)水泵等設(shè)備供電,這將使 HVDC 電源與 UPS 在數(shù)據(jù)中心并存,導(dǎo)致電源品類(lèi)管理與維護(hù)的復(fù)雜化。

另外,相對(duì)于交流供電,將降低數(shù)據(jù)中心的安全性。實(shí)驗(yàn)表明,交流服務(wù)器輸入端的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、交流 PDU 如果直接采用直流供電,在分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)將出現(xiàn)拉弧、燒毀或燃燒等現(xiàn)象的概率會(huì)顯著提高。

MVDC 供電制式

MVDC(巴拿馬電源)在 HVDC 技術(shù)之后,被下一代超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心視為供電系統(tǒng)的又一新選擇。

MVDC 是由中壓 10kV 交流輸入,240V/336 直流輸出的數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)。其系統(tǒng)供電原理、電壓等級(jí)/制式、變換層級(jí)、輸入/輸出配電系統(tǒng)、電池系統(tǒng),與原先的 HVDC 幾乎完全一樣,只是系統(tǒng)效率提升至 97%,但是中壓變壓器的設(shè)計(jì)與制造更加復(fù)雜化。同時(shí),交付的單設(shè)備容量明顯提高,使電源工廠的系統(tǒng)集成能力被提高。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電制式的綜合剖析,伊頓期待能夠加深設(shè)計(jì)院電氣設(shè)計(jì)專(zhuān)家對(duì) 5G、云時(shí)代數(shù)據(jù)中心供電制式的全面理解與評(píng)估,設(shè)計(jì)出最符合客戶(hù)需求的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)。

伊頓一直密切關(guān)注現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心行業(yè)的供電需求,基于廣泛的成功實(shí)踐,致力于為用戶(hù)的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)提供高可靠、高可用及綠色節(jié)能的系統(tǒng)解決方案。針對(duì)用戶(hù)普遍面臨的節(jié)能痛點(diǎn),在全球首創(chuàng)了專(zhuān)利的交流直供供電制式,這一制式不僅適用于數(shù)據(jù)中心,也適用于全行業(yè)各種關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景,而且其性能與需求的高度匹配在全球范圍的實(shí)踐運(yùn)行中得到了充分驗(yàn)證。