典型的数据中心供电系统由中压配电、变压器、低压配电、不间断电源、终端配电、发电机等设备组成。其中,UPS不间断电源的主要功能是保证其负载在市电电源中断和发电机启动前的持续供电。因此,UPS系统包括储能设备,如电池或飞轮;此外,传统的UPS还具有隔离市电侧浪涌、突然电压升降等功能。
UPS不间断电源系统是数据中心供电连续性的重要保证,UPS不间断电源系统的可靠性直接影响数据中心的可靠性,同时,UPS系统在大多数数据中心的损耗可以占IT设备能耗的10%以上。数据中心UPS系统架构演变的主旋律是提高UPS系统的可靠性,同时减少其损耗。
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当前,传统UPS不间断电源是数据中心中应用最广泛的不间断电源,它主要由整流ACS组成-DC、逆变DC-AC和静态旁路由三部分电路组成。电池挂在DC母线上。当AC输入正常时,通过两次转换后的整流和逆变为负载供电。同时,电池被浮动充电。当输入AC中断时,电池由浮动充电转换为放电,由逆变器为负载供电。对于负载,输入端电源感觉不到中断。
分类UPS不间断电源设备
就结构而言,UPS不间断电源设备可分为后备式、在线互动式、双转换式在线式、Delta 在线转换等类型.
采用可控硅整流转换效率低的传统双转换在线UPS不间断电源设备。
随著电力电子设备的发展,IGBT取代了可控硅整流的趋势,IGBT整流的优点是取消变压器,从而降低了成本,同时具有较好的输入特性,IGBT整流UPS的可靠性略低于可控硅整流。
2.高压直流(HVDC)不间断电源系统
虽然所有国家的市电都是交流的,但IT设备内部都采用DC供电,这为DC供电提供了可能性。DC220V长期被用作电源(DC屏幕)的操作和控制电源,如断路器。传统UPS设备存在效率低、可靠性差、灵活性差、故障后难以修复等问题,因此行业一直在寻找更换UPS的解决方案。由于DC电源拓扑简单,现有主流高压DC供电系统图的故障率低于UPS。由于模块化设计,可以在线维护。
分布式不间断电源系统
集中供电方案通常用于UPS或HVDC。集中系统的优点是可以实现资源共享,降低成本。它的缺点是系统故障范围广,影响范围广。UPS不间断电源也有小型分布式电源方案,但与集中式大型UPS系统相比,小型分布式小型电源系统数量多,故障点多,成本高,所以大中型数据中心不会使用分布式UPS系统。
虽然存在上述问题,但分布式不间断电源系统的探索从未停止。谷歌和Facebook正在探索IDC数据机房中分布式不间断电源系统的应用。
近年来,国内出现了一种新型的分布式DC240V电源设备,同样采用离线方案,市电正常时,直接输出市电电源,市电停电后,由内部锂电池提供DC240V输出。该方案的优点是IT设备不需要定制,只要与DC240V电源兼容即可。
未来UPS电源行业数据中心不间断发展趋势
过去,计算机作为一种非常精致的设备,双转换在线UPS消除了市电能质量问题。为了避免UPS设备故障率高的问题,国内提出并大规模部署了DC240V电源系统,大部分IT设备可以直接与DC电源相兼容。
总体而言,未来UPS电源行业的数据中心不间断三大趋势:
首先,从线上到线下。电源本质上是离线的,从而降低电源成本和运行损失。
第二,从集中到分布。随着锂电池等新型储能设备的发展和大数据时代服务器快速部署和灵活扩展的需要,不间断的电源设备正在从集中到分布。
第三,未来数据中心供电发展的总体趋势是从高压到低压,从集中到分布,从交流到DC,从大UPS到小UPS。