UPS电源系统在数据中心的应用

第3-1节UPS电源系统在数据中心的应用N°22020年4月29日UPS技术培训资料数据中心UPS电源系统的技术规范：《ANSI-TIA942》标准的规范《GB50174》标准的规范数据中心UPS电源系统的应用案例数据中心供电系统的规划和方案设计：供电等级、负载性质、子系统......供电系统规划和方案设计的有关问题目录N°32020年4月29日UPS技术培训资料【ANSI/TIA–942-2005(数据中心通信基础设施标准)】：由美国通信工业协会（TIA）TR-42.2委员分会制定、由美国国家标准学会（ANSI）和美国通信工业协会（TIA）于2005年4月颁布。数据中心的分类：–小型数据中心；–企业数据中心；–国际互联网数据中心(IDC)。数据中心的分级：–I级数据中心－基本型；–II级数据中心－部分冗余型；–III级数据中心－可同时维护型；–IV级数据中心－故障容错型。一、UPS电源系统的技术规范：【ANSI/TIA-942】N°42020年4月29日UPS技术培训资料定义1：N–基本需求系统仅满足最基本的使用需要并且没有冗余。定义2：N+1冗余N+1冗余系统提供在满足最低需求的基础上增加一个额外的设备、模块、路径或系统，以便在任意一个设备、模块、路径或系统出现故障时或维修时，不影响正常运行。定义3：N+2冗余N+2冗余系统提供在满足最低需求的基础上增加两个额外的设备、模块、路径或系统，以便在任意两个设备、模块、路径或系统出现故障时或维修时，不影响正常运行。冗余的定义(1/2)一、UPS电源系统的技术规范：【ANSI/TIA-942】N°52020年4月29日UPS技术培训资料定义4：2N冗余2N冗余系统提供两套完整的设备、模块、路径或系统，每一套设备、模块、路径或系统都能够满足系统的基本需求。其中的一套设备、模块、路径或系统出现故障时或维修时，都不会影响正常运行。定义5：2(N+1)冗余2(N+1)冗余提供两套完整的(N+1)设备、模块、路径或系统，即使一套设备、模块、路径或系统出现故障时或维修时，都不会影响正常运行。冗余的定义(2/2)一、UPS电源系统的技术规范：【ANSI/TIA-942】N°62020年4月29日UPS技术培训资料第I等级：基本型（可用性99.671%）任意部件的故障都将影响系统运行；预防性的维护需要系统停机。第II等级：部件冗余型（可用性99.741%）部分设备具有冗余的能力；供电路径上的故障可能引起系统停机。分级的定义(1/2)一、UPS电源系统的技术规范：【ANSI/TIA-942】N°72020年4月29日UPS技术培训资料分级的定义(2/2)第III等级：可同时维护型（可用性99.982%）组成结构是冗余的；具有多条供电的路径；有计划的维护活动不会影响系统的运行；无计划的活动可能会中断系统的运行。第IV等级:故障容错型（可用性99.995%）系统具有冗余能力；具有多条供电路径同时满足系统所有设备的运行。一、UPS电源系统的技术规范：【ANSI/TIA-942】N°82020年4月29日UPS技术培训资料基本属性TierITierIITierIIITierIV楼宇类型租赁租赁单独的单独的员工配置无要求1人可替换1人可替换24小时值守关键负载使用率100%N100%N90%N90%N初期功率总额W/m2200-300400-500400-600500-600终期功率总额W/m²200-300400-5001000-15001500+不间断制冷不需要不需要可能YES活动地板使用率20%30%80-90%100+%活动地板高度(典型值)300mm450mm750-900mm750-900mm地板承重kg/m2(典型值)400480750750市电电压38038012-15kV12-15kV单点故障点很多+人为错误很多+人为错误一些+人为错误无+人为错误建设周期(月)33-615-2015-20第一次建成的年代1965197019851995建造成本(±30%)活动地板UPS可用输出$2,400/m2$10,000/kW$2,400/m2$11,000/kW$2,400/m2$20,000/kW$2,400/m2$22,000/kWN°92020年4月29日UPS技术培训资料TierITierIITierIIITierIV电源系统单系统单系统单系统双系统UPS+发电机非强制性非强制性强制性强制性系统冗余性NN+1每条路径N+12(N+1)供电路径的数量111主用，1备用两路同时主用最终功率总额W/m²200–300400–5001000–15001500维修性按照需要按照需要预防性+计划性预防性+计划性基础设施引起的IT年平均宕机时间28.8小时22.0小时1.6小时0.4小时基础设施的可用性99,671%99,749%99,982%99,995%主要特征N°102020年4月29日UPS技术培训资料设计指南：总则TierITierIITierIIITierIV供电路径数量111个主供电1个备份供电2个主供电同时供电市电引入单路供电单路供电双路供电双路供电来自两个变电站运行中允许同时维护NoNoYesYesIT和通讯设备的供电单路100%供电能力双路，每路100%供电能力双路，每路100%供电能力双路，每路100%供电能力发电机与UPS容量匹配YesYesYesYes发电机燃油储备(满载)8小时24小时72小时96小时“9”的位数可用性年平均宕机时间190%36.5天299%3.7天399.9%8.8小时499.99%52.6分钟599.999%5.3分钟699.9999%31.5秒钟799.99999%3.15秒钟N°112020年4月29日UPS技术培训资料TierITierIITierIIITierIVUPS冗余方式NN+1N+12N，2(N+1)UPS拓扑结构•单机•非冗余并联•冗余并联•分布式冗余•冗余并联•分布式冗余•模块化冗余•冗余并联•分布式冗余•模块化冗余UPS维修旁路主路、旁路取自同一路市电主路、旁路取自同一路市电主路、旁路取自同一路市电主路、旁路取自不同母线的UPS专用供电计算机和通讯设备的专用配电柜NoNoYesYes负载总线同步控制器LBSNoNoYesYesPDU内置K-系数变压器是，但如果采用了谐波抑制变压器则可以不用是，但如果采用了谐波抑制变压器则可以不用是，但如果采用了谐波抑制变压器则可以不用是，但如果采用了谐波抑制变压器则可以不用设计指南：UPSN°122020年4月29日UPS技术培训资料TierITierIITierIIITierIV各UPS采用公共电池组YesNoNoNo最小满载后备时间5min10min15min15min电池类型•阀控铅酸电池(VRLA)•开口铅酸电池•阀控铅酸电池(VRLA)•开口铅酸电池•阀控铅酸电池(VRLA)•开口铅酸电池•阀控铅酸电池(VRLA)•开口铅酸电池每列电池组相互隔离NoYesYesYes电池满载测试、检查每2年每2年每2年每1年电池监测系统由UPS集中监测由UPS集中监测由UPS集中监测电池逐只监测:温度、电压、内阻设计指南：电池N°132020年4月29日UPS技术培训资料TierITierIITierIIITierIV检修通道的宽度无要求无要求最小距离：1m最小距离：1.2m到计算机房的距离无要求无要求尽可能临近尽可能临近计算机房和其它区域的防火分隔按照最低需求分隔按照最低需求分隔按照最低需求分隔(不少于1h)按照最低需求分隔(不少于2hs)电池室门上安装防爆玻璃视孔NoNoNoYes电池开关安装在电池室之外YesYesYesYes设计指南：UPS和电池室N°142020年4月29日UPS技术培训资料TierITierIITierIIITierIV水冷式：Water-Coole冷冻水式：ChilledWater风冷式：Air-Cooled无需设备冗余系统+1设备冗余空调应具有足够的备份数量，以便在部分电源停电时或空调检修时，满足关键负载制冷的需求空调应具有足够的备份数量，以便在部分电源停电时或空调检修时，满足关键负载制冷的需求空调机组的供电单路电源向空调供电单路电源向空调供电多路电源形成交错分布，向空调供电多路电源形成交错分布，向空调供电精密空调控制系统的供电单路电源向空调控制系统供电冗余供电，UPS向空调供电冗余供电,UPS向空调供电冗余供电,UPS向空调供电设计指南：精密空调HVAC的供电N°152020年4月29日UPS技术培训资料设计指南：精密空调HVAC2000W/m21000W/m2500W/m2无冗余系统停机后的时间（分钟）平均机房温度[°F]温度与温升时间的关系（分钟）37.7ºC500Kcal/m2.h250Kcal/m2.h125Kcal/m2.h55℃=停机TierITierIITierIIITierIV维护人员工作时间现场响应，其它时间按照客户要求工作时间现场响应，其它时间按照客户要求24小时现场响应,节假日电话呼叫24小时x7天现场响应预防性维护无无按照保养合同约定全面按照保养合同约定设备培训计划无无全面的培训计划全面培训计划，包括上机操作维修、维护基础设施停机按照程序停止设备按计划不需要中断硬件设备运行按照计划不需要中断负载运行集中的电源和场地监测和控制系统(PEMCS)NoNoYesYes楼宇集中监控(BMS)NoNoYesYes参考指南：服务N°172020年4月29日UPS技术培训资料规范简介：规范共分十三章和一个附录，主要技术内容有：总则、术语和符号、机房分级标准；机房位置及设备布置、环境要求、建筑与结构、空气调节、电气技术、电磁屏蔽、网络布线、机房监控与安全防范、给水排水、消防(共十个专业)；附录A：关键技术要求和参数。《电子信息系统机房设计规范：GB50174-2008》一、UPS电源系统的技术规范：【GB50174-2008】N°182020年4月29日UPS技术培训资料电气技术规范（第8章）：8.1供配电8.2照明8.3静电防护8.4防雷与接地一、UPS电源系统的技术规范：【GB50174-2008】N°192020年4月29日UPS技术培训资料附录A各级电子信息系统机房技术要求（电气部分）电气技术A级B级C级备注供电电源两个电源供电两个电源不应同时受到损坏两回线路供电变压器2N冗余N+X冗余（X=1～N）N用电容量较大时设置专用电力变压器供电应急柴油发电机系统配置（N+1）冗余N，不能满足两个电源供电时配置UPS满足信息存储要求时可不设柴油发电机应急柴油发电机的基本容量应包括UPS的基本容量、空调和制冷设备的基本容量、应急照明和消防等涉及生命安全的负荷容量柴油发电机燃料存储量72小时24小时UPS配置2N冗余N+X冗余（X=1～N）NUPS电池备用时间15分钟（柴油发电机作为后备电源时）根据实际需要确定空调系统配电双路电源(其中至少一路为应急电源)，末端切换。采用放射式配电系统。双路电源，末端切换。采用放射式配电系统。采用放射式配电系统一、UPS电源系统的技术规范：【GB50174-2008】N°202020年4月29日UPS技术培训资料附录A各级电子信息系统机房技术要求（电气部分）电子信息设备的电源质量要求稳态电压偏移范围A级：±3%B级：±3%C级：±5%稳态频率偏移范围±0.5Hz电池逆变工作方式输入电压波形失真度≤5%电子信息设备正常工作时零地电压2V应满足设备使用要求允许断电持续时间0～4ms0～10ms－－－UPS输入电流谐波含量15%一、UPS电源系统的技术规范：【GB50174-2008】N°212020年4月29日UPS技术培训资料二、数据中心UPS电源系统的应用案例按照负载重要性配置二、数据中心UPS电源系统的逻辑框图10kVA段10kV互投A变压器AI低压柜AIUPSA输入柜UPSAN,(N+1)电池AUPSA输出柜UPS列头柜A1U