数据中心机房供配电系统

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3.15～20kV升压变电所升压至35～500kV高压输电线区域变电所降压至6～10kV配电变电所降压至380V5市电电源主要问题中断(powerfailure)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。断电67市电电源主要问题电压突降(powersags)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(powersurges)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。浪涌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。电压波动1011市电电源主要问题脉冲电压(highvoltagespikes)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。尖峰121314市电电源主要问题频率变化(frequencyvariation)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。频率波动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。电子噪音1617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19202122UPS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23UPS按工作原理分可分为离线式（offline）在线双变换式（online）（IEC62040(UPS)VFI-SS-111）24FSIS111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IECEN62040-3(ex-EN50091-3)V25UPS按输出波形分可分为方波输出正弦波输26UPS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27UPS按容量可分为小功率5KVA以下中功率5KVA－30KVA大功率30KVA以上2829UPS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30UPS按有无输出变压器可分为工频机高频机31Bypass市电输入负载OutputACDCACDC工频UPS的基本电路结构32主市电负载整流器升压电路静态旁路逆变器蓄电池充电器高频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34UPS按结构形态可分为塔式机模块化353637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38UPS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2.74142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=143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144UPS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供电方式电源管理布线要求可靠性成本集中供电容易高较低低分散供电不易低较高高UPS的供电方式两种方式的优缺点列表如下46UPS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47UPS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4849UPS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5051UPS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5253UPS1＋1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电源可靠性的提高一年断电时间电源可靠性8.8h99.9%52.6min99.99%5.3min99.999%32s99.9999%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UPS市电1市电2双路供电加UPS61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+1UPS模块热插拔冗余n+1UPS服务器服务器单电源负载ATSPDU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，COSφ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绿色电源与节能输入功率因数输入谐波电流（对电网污染）无功损耗输入配置容量与发电机组功率匹配比输入电压范围6脉冲整流（滤波器）0.65～0.8027%～35%20%～30%1:1.251:2.5±10%12脉冲整流（滤波器）0.80～0.9010%～15%10%～15%1:1.151:1.5±10%IGBT高频整流0.99＜3%＜1%1:11:1+15%～－30%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73UPS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74UPS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75UPS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应管第三代为IGBT（绝缘栅双极晶体管）体积、效率、动态响应、控制精度76UPS未来发展－冗余模块化模块化热插拔网络化77UPS未来发展－绿色化绿色设计－低干扰、类阻性绿色制造－使用无害材料、可循环回收(电子信息产品污染控制管理办法)绿色运行－低耗、高效、适合各种负载78对UPS未来发展的前瞻小结智能化数字化高频化冗余模块化绿色化79最艰难的选择80谢谢！[e-mail]