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上海UPS不間斷電源助力數(shù)據(jù)中心節(jié)能
隨著數(shù)據(jù)中心的蓬勃發(fā)展，日益增長的能耗越來越受到業(yè)界的關(guān)注。美國，聯(lián)邦首席信息官維韋克孔德勞表示，美國聯(lián)邦的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心在2006年總共消耗了60億千瓦時，如果技術(shù)沒有根本改變，到2012年將消耗120億千瓦時。數(shù)據(jù)中心的成本、效率和可持續(xù)性受到了嚴峻挑戰(zhàn)。
2022-02-14 15:17:14
隨著數(shù)據(jù)中心的蓬勃發(fā)展，日益增長的能耗越來越受到業(yè)界的關(guān)注。美國，聯(lián)邦首席信息官維韋克孔德勞表示，美國聯(lián)邦的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心在2006年總共消耗了60億千瓦時，如果技術(shù)沒有根本改變，到2012年將消耗120億千瓦時。數(shù)據(jù)中心的成本、效率和可持續(xù)性受到了嚴峻挑戰(zhàn)。上海UPS不間斷電源作為數(shù)據(jù)中心的主要電源供應(yīng)設(shè)備,對于節(jié)能的要求越來越高.
近年來，中國數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進入了黃金時代。如何降低數(shù)據(jù)中心的成本、能耗、提高效率，使其可持續(xù)發(fā)展？借鑒美國數(shù)據(jù)中心近年來推廣的新型連續(xù)電源集成系統(tǒng)的經(jīng)驗，與國內(nèi)專家、同行共同探討。
1系統(tǒng)的工作模式和特點
數(shù)據(jù)中心解決方案是基于UPS、發(fā)電機及其并聯(lián)轉(zhuǎn)換控制柜的持續(xù)電源集成系統(tǒng)。它是一個具有2MW節(jié)點的可擴展系統(tǒng)，并配備了“N 1”冗余來代替不間斷電源和發(fā)電機。近年來，它在美國得到了普偏的應(yīng)用(亞特蘭大， 佐治亞州的比如數(shù)據(jù)中心和庫爾佩珀的特雷馬克數(shù)據(jù)中心，弗吉尼亞州)。
我們先來看看2MW連續(xù)供電節(jié)點(見圖1)。
圖1 2MW連續(xù)供電節(jié)點單線示意圖(原件)
數(shù)據(jù)中心有兩種市電供電方式，經(jīng)過市電源開關(guān)與低壓母線相連市電開關(guān)在兩種市電之間切換。一臺2250千瓦備用發(fā)電機通過并聯(lián)變頻控制柜與低壓母線連接。低壓母線向兩臺1000kW UPS提供正常市電源輸入，數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵負荷與飛輪UPS輸出配電柜連接，獲得不間斷、連續(xù)供電。UPS旁路也接同一個低壓母線當市電正常時， UPS為負載提供9種電源故障保護，并調(diào)節(jié)輸入功率因數(shù)和抵消諧波(類似于有源濾波器)。當兩個市電都有故障時， UPS會持續(xù)給負載供電，然后發(fā)電機啟動，6s內(nèi)達到額定電壓和頻率，接低壓母線，用UPS完成負載過渡，10s內(nèi)給UPS充電，足夠飛輪滿負荷放電15s。當市電源恢復(fù)后，發(fā)電機在熱備份5分鐘后停止。圖1左側(cè)是相同規(guī)格的替換發(fā)電機和不間斷電源。當節(jié)點中的任何一臺發(fā)電機或UPS需要維護時，更換的發(fā)電機和UPS將投入運行，以保證系統(tǒng)的正常運行。同時，系統(tǒng)配備了假負荷測試系統(tǒng)，可以定期測試系統(tǒng)中的任意一臺發(fā)電機和UPS，保證系統(tǒng)的可用性。
單個節(jié)點可能沒有什么特別之處。這個系統(tǒng)更大的特點就是當數(shù)據(jù)中心需要4MW的持續(xù)供電，需要擴容時，通過增加一個節(jié)點就可以輕松實現(xiàn)(見圖2，右側(cè)增加一個節(jié)點)。注：每個節(jié)點的低壓母線是單獨的，因此避免了系統(tǒng)擴展時低壓并聯(lián)產(chǎn)生的母線電流。圖2 4MW連續(xù)供電系統(tǒng)(原圖)
2 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)的組成及優(yōu)點
利用這種節(jié)點擴展的設(shè)計理念，可以方便地構(gòu)建一個10MW的連續(xù)供電系統(tǒng)(見圖3和圖4)，11臺1000kW UPS、6臺2250kW發(fā)電機、三排控制柜和一排市電變壓器柜。為了節(jié)省數(shù)據(jù)中心的機房面積，6臺發(fā)電機為靜音集裝箱式，布置在樓外。
圖3 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)的機房區(qū)域
圖4 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)機房示意圖
當然，這個集成系統(tǒng)的好處遠不單單是減少機房的占地面積，它的好處主要在于：
(1)無電池的儲能UPS(見圖5)從根本上節(jié)省了用戶對電池的投入，包括在恒溫恒濕，配置了專門的電池室，以及復(fù)雜的電池監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控每個電池的狀態(tài)和壽命。況且電池每3 ~ 4年更換一次，往往電池實際使用壽命達不到設(shè)計壽命。
圖5 1000千伏安不間斷電源外觀
(2)能耗的降低，一方面體現(xiàn)在UPS效率的提高。這種在線互動UPS的效率高達98%，比傳統(tǒng)在線雙轉(zhuǎn)換UPS的效率高出4% ~ 5%。724不間斷運行，每年可節(jié)約400萬kWh(假設(shè)負荷為10MW)；另一方面節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)維護蓄電池室恒溫恒濕的電費，預(yù)計每年可節(jié)約200萬kWh。
3結(jié)論
因此，節(jié)能、高效、無電池、低維護的上海UPS不間斷電源供電綜合系統(tǒng)值得相關(guān)用戶應(yīng)用和推廣，以降低數(shù)據(jù)中心的能耗和維護成本。
近年來，中國數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進入了黃金時代。如何降低數(shù)據(jù)中心的成本、能耗、提高效率，使其可持續(xù)發(fā)展？借鑒美國數(shù)據(jù)中心近年來推廣的新型連續(xù)電源集成系統(tǒng)的經(jīng)驗，與國內(nèi)專家、同行共同探討。
1系統(tǒng)的工作模式和特點
數(shù)據(jù)中心解決方案是基于UPS、發(fā)電機及其并聯(lián)轉(zhuǎn)換控制柜的持續(xù)電源集成系統(tǒng)。它是一個具有2MW節(jié)點的可擴展系統(tǒng)，并配備了“N 1”冗余來代替不間斷電源和發(fā)電機。近年來，它在美國得到了普偏的應(yīng)用(亞特蘭大， 佐治亞州的比如數(shù)據(jù)中心和庫爾佩珀的特雷馬克數(shù)據(jù)中心，弗吉尼亞州)。
我們先來看看2MW連續(xù)供電節(jié)點(見圖1)。
圖1 2MW連續(xù)供電節(jié)點單線示意圖(原件)
數(shù)據(jù)中心有兩種市電供電方式，經(jīng)過市電源開關(guān)與低壓母線相連市電開關(guān)在兩種市電之間切換。一臺2250千瓦備用發(fā)電機通過并聯(lián)變頻控制柜與低壓母線連接。低壓母線向兩臺1000kW UPS提供正常市電源輸入，數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵負荷與飛輪UPS輸出配電柜連接，獲得不間斷、連續(xù)供電。UPS旁路也接同一個低壓母線當市電正常時， UPS為負載提供9種電源故障保護，并調(diào)節(jié)輸入功率因數(shù)和抵消諧波(類似于有源濾波器)。當兩個市電都有故障時， UPS會持續(xù)給負載供電，然后發(fā)電機啟動，6s內(nèi)達到額定電壓和頻率，接低壓母線，用UPS完成負載過渡，10s內(nèi)給UPS充電，足夠飛輪滿負荷放電15s。當市電源恢復(fù)后，發(fā)電機在熱備份5分鐘后停止。圖1左側(cè)是相同規(guī)格的替換發(fā)電機和不間斷電源。當節(jié)點中的任何一臺發(fā)電機或UPS需要維護時，更換的發(fā)電機和UPS將投入運行，以保證系統(tǒng)的正常運行。同時，系統(tǒng)配備了假負荷測試系統(tǒng)，可以定期測試系統(tǒng)中的任意一臺發(fā)電機和UPS，保證系統(tǒng)的可用性。
單個節(jié)點可能沒有什么特別之處。這個系統(tǒng)更大的特點就是當數(shù)據(jù)中心需要4MW的持續(xù)供電，需要擴容時，通過增加一個節(jié)點就可以輕松實現(xiàn)(見圖2，右側(cè)增加一個節(jié)點)。注：每個節(jié)點的低壓母線是單獨的，因此避免了系統(tǒng)擴展時低壓并聯(lián)產(chǎn)生的母線電流。圖2 4MW連續(xù)供電系統(tǒng)(原圖)
2 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)的組成及優(yōu)點
利用這種節(jié)點擴展的設(shè)計理念，可以方便地構(gòu)建一個10MW的連續(xù)供電系統(tǒng)(見圖3和圖4)，11臺1000kW UPS、6臺2250kW發(fā)電機、三排控制柜和一排市電變壓器柜。為了節(jié)省數(shù)據(jù)中心的機房面積，6臺發(fā)電機為靜音集裝箱式，布置在樓外。
圖3 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)的機房區(qū)域
圖4 10MW連續(xù)供電系統(tǒng)機房示意圖
當然，這個集成系統(tǒng)的好處遠不單單是減少機房的占地面積，它的好處主要在于：
(1)無電池的儲能UPS(見圖5)從根本上節(jié)省了用戶對電池的投入，包括在恒溫恒濕，配置了專門的電池室，以及復(fù)雜的電池監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控每個電池的狀態(tài)和壽命。況且電池每3 ~ 4年更換一次，往往電池實際使用壽命達不到設(shè)計壽命。
圖5 1000千伏安不間斷電源外觀
(2)能耗的降低，一方面體現(xiàn)在UPS效率的提高。這種在線互動UPS的效率高達98%，比傳統(tǒng)在線雙轉(zhuǎn)換UPS的效率高出4% ~ 5%。724不間斷運行，每年可節(jié)約400萬kWh(假設(shè)負荷為10MW)；另一方面節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)維護蓄電池室恒溫恒濕的電費，預(yù)計每年可節(jié)約200萬kWh。
3結(jié)論
因此，節(jié)能、高效、無電池、低維護的上海UPS不間斷電源供電綜合系統(tǒng)值得相關(guān)用戶應(yīng)用和推廣，以降低數(shù)據(jù)中心的能耗和維護成本。
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先后為復(fù)旦大學(xué)；東海艦隊后勤部；上海迪斯尼；中天科技，農(nóng)業(yè)銀行；網(wǎng)易等企業(yè)和事業(yè)單位的數(shù)據(jù)中心提供了多年可靠的電力保障。經(jīng)過社會各界朋友的關(guān)照與幫助，使得在行業(yè)中迅速崛起，成為有競爭力得科技型企業(yè)。
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