2021数据中心供电问题的分析-solarbe文库

资源描述：

数据中心机房数据中心机房 UPS 供电问题分析供电问题分析 1* 一、 IDC机房中 UPS供电系统现状和值得思考的问题二、当前 UPS供电系统设计和配置中存在的若干问题目录 2* 市电 1 市电 2 ATS 柴油发电机 ATS 交流输入系统 UPS主机；输入输出配电；输入输出滤波器；输出 STS转换开关；线缆传输；变压器；电池阻； UPS供电系统负载一、 UPS供电系统现状和值得思考的问题 3* 当前 UPS供电系统典型结构示意图逆变器工作波形 AC/DC （ 6脉冲） 5、 7次无源滤波配电 DC/AC 全桥或半桥 PWC控制配电滤波器变压器 UPS输出电压 AC220V/50HZ 负载电流 PF0.6 CF3 UPS输入电流 PF0.7 THDI≥ 30 直流母线电压 DC300V±20 计算机负载器件电压全桥 380V 半桥 760V 传统 UPS系统结构电池组 4* （ 1）系统可靠性问题系统复杂、单路经故障点多、设备可靠性差、维护难度大等。（ 2）系统电流谐波干扰问题系统中存在两个谐波源 -负载开关电源和 UPS。对电网和系统本身形成干扰、增加滤波设备、降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。（ 3）系统成本和能源消耗问题能源两次转换降低了效率、系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的存在增加了滤波设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。（ 4）系统标准化问题系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。（ 5）系统的灵活性和可扩展、变更问题以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。（ 6）系统使用维护难度问题要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。当前 UPS供电系统存在的问题 5* 与安全有关的两大问题决定了传统 UPS技术的发展 1. 系统的可用性可靠性低，造成系统不可预见的突发性故障； 2. 谐波干扰造成系统隐性故障； 6* 谐波电流对系统和电网的污染 1、谐波电流是 UPS输入功率因数低的主要原因 2、输入功率因数低是降低电能利用率和系统工作效率低的原因之一在电压是正弦波的情况下，所有的谐波电流形成的功率都是无功的 3、谐波是中线电流大的主要原因所有的 3次及 3的整数倍 3n次谐波电流在中线上都是同相位迭加的； 4、电流峰值因数对供电设备和传输导线容量的影响增大传输损耗； 5、谐波电流对供电系统的污染 1）、使设备和元件产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电效率； 2）、加速电缆绝缘老化，缩短使用寿命； 3）、干扰由同一电网供电的其它电气设备的正常工作； 4）、引起局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大； 5）、导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量不准确； 6）、对通信和计算机系统产生干扰； 7* UPS供电系统的谐波治理谐波治理是 UPS设备性能改进和供电系统配置研究的重要的课题。治理措施增大电力系统的供电容量和传输电缆、开关等设备容量；改变变压器的配置和不同的方式联接方式；在系统中和设备内部配置无源滤波器；在 UPS设备输入端采用输入功率因数校正电路 -PFC 在系统或设备输入端配置有源滤波器 8* 降低和治理系统谐波电流方法之一 12脉冲整流无源滤波器逆变器工作波形配电 DC/AC 全桥或半桥 PWC控制配电滤波器变压器 UPS输出电压 AC220V/50HZ 负载电流 PF0.6 CF3直流母线电压 AC/DC12 脉冲整流 11次无源滤波 PF0.95 THDI≤ 10 DC300V±1 5 计算机负载器件电压全桥 380V 半桥 760V 电池组存在问题 1，增加系统成本； 2，负载减轻时，无源滤波效果不好 9* 降低治理系统谐波电流方法之二 PFC高频整流逆变器工作波形配电 DC/AC全桥或半桥 PWC控制配电滤波器变压器 UPS输出电压 AC220V/50HZ 负载电流 PF0.6 CF3直流母线电压 PFC整流 PF0.99 THDI≤ 5 DC300V±1 5 计算机负载器件电压全桥 380V 半桥 760V 电池组 1，与 UPS配套 2，当前的器件水平可做到 120KVA 10* 降低治理系统谐波电流方法之三混合型有源滤波器逆变器工作波形 AC/DC （ 6脉冲）有源滤波配电 DC/AC 全桥或半桥 PWC控制配电滤波器变压器 UPS输出电压 AC220V/50HZ 负载电流 PF0.6 CF3 UPS输入电流 PF0.7 THDI≥ 30 直流母线电压 PF0.99 THDI≤ 5 DC300V±1 5 计算机负载器件电压全桥 380V 半桥 760V APF 电池组可放在 UPS前端，也可放在整个系统前端 11* 提高系统可用性方法之一单机冗余并机系统 AC/DC （ 6脉冲） 5、 7次无源滤波 DC/AC 全桥或半桥 PWC控制配电配电滤波器变压器计算机负载 AC/DC （ 6脉冲） 5、 7次无源滤波 DC/AC全桥或半桥 PWC控制并机控制电池组电池组 12* 配电配电滤波器变压器计算机负载 AC/DC （ 6脉冲） 5、 7次无源滤波 DC/AC 全桥或半桥 PWC控制配电配电滤波器变压器 AC/DC （ 6脉冲） 5、 7次无源滤波 DC/AC 全桥或半桥 PWC控制并机控制 STS 电池组电池组提高系统可用性方法之二双总线冗余并机系统 13* 提高系统可用性方法之三单机模块化 UPS N1冗余配置可在线热插拔，最大限度降低故障修复时间可用性 MTBF MTBFMTTR 14* 提高系统可用性方法之四集成化 UPS供电系统结构框图 ATS1 柴油发电机 ATS2 市电 1 市电 2 模块热插拔冗余 n1 UPS 模块热插拔冗余 n1 UPS STS 变压器变压器输出配电服务器服务器单电源负载 ATS PDU 输入配电 ATS 输入配电 ATS STS 双电源负载 PDU 输出配电 à 供电设备制造和供应渠道的统一化； à 设备结构的一体化和连接的规范化； à 各设备和环节状态管理的集中化； à 各设备和环节结构的模块化、冗余配置和连接的热插拔功能。 15* 提高系统可用性方法之五智能监控与管理是提高管理水平的辅助手段，可提前发现故障隐患，减少故障发生的概率，防患于未然。 1. 自检功能定期的自检功能，以防患于未然； 2. UPS远程诊断与维护功能远程检查 UPS状态、查询预警信息； 3. 自动关机功能 UPS执行定制化的数椐保护功能； 4. 自动报警功能 UPS系统故障时，通过电子邮件、寻呼、弹出式信息等方式实时通知系统管理员。 16* 当前 UPS供电系统结构图逆变器工作波形 AC/DC （ 6脉冲） AC/DC 12脉冲 PFC整流 11次无源滤波 5、 7次无源滤波有源滤波配电 DC/AC全桥或半桥 PWC控制配电滤波器变压器 UPS输出电压 AC220V/50HZ 负载电流 PF0.6 CF3 UPS输入电流 PF0.7 THDI≥ 30 直流母线电压 PF0.99 THDI≤ 5 PF0.99 THDI≤ 5 PF0.95 THDI≤ 10 DC300V±1 5 计算机负载主机模块化系统冗余结构 ----STS 智能管理集成化系统器件电压全桥 380V 半桥 760V 电池组 17* 值得思考的问题传统的 UPS供电系统方案已经走过了 50年， IDC供电系统设计建造的现状和趋势是 u 系统不断复杂化； u 设备堆积、结构臃肿； u 成本不断攀升； u 效率难以再有效提高； u 五花八门，难以标准化。 u 运维难度越来越大系统可靠性差是造成以上现象的根本原因 18* 值得思考的问题之一可靠性问题 3、用户感觉到 UPS系统故障的频率不亚于市电掉电故障的频率；平均每年一次市电掉电有 UPS系统保护；而 UPS系统故障由谁保护呢 1、负载对系统可靠性要求提高，是因为 UPS系统的可靠性不高 2、在系统正常的情况下，市电掉电时可保护负载不间断地继续供电；市电掉电和系统故障发生在同一时刻的可能性不大；但市电正常，系统本身故障却没有确有把握的保护 19* 值得思考的问题之二谐波源治理问题 u 系统中的谐波是负载和 UPS设备自身产生的，而不是电网带来的； u 供电系统为治理电流谐波付出的代价是巨大的； u 有没有更有效的消除电流谐波源的办法呢 17 20* 值得思考的问题之三建造成本系统建造和运行成本还要继续升高吗 u 治理谐波电流要增加有源或无源滤波器； u 要提高设备可靠性，冗余并机使 UPS设备购置成本加倍； u 要提高系统可靠性，双总线冗余配置使设备购置成本再加倍； u 要降低零地电压差，需要再配置隔离变压器，提高电缆规格； 21* 值得思考的问题之四能源效率系统运行的能源效率还有提升的余地吗 u 提高设备工作效率、降低系统中电流谐波形成的无功功率，对提高系统能源效率起到了一定的作用； u 但设备轻载工作、 UPS冗余配置、系统双总线配置等提高可靠性的措施，又明显地提高了系统消耗的功率；系统复杂性本身造成了系统能源消耗不断增大的趋势 22* 值得思考的问题之五维护使用难度系统维护难度大的原因是 u 系统复杂； u 可靠性差； u 没有标准化；系统故障总数中的 50以上是由于系统中各环节和设备的安装问题、人为操作和维护问题引起的 23* 值得思考的问题之六适应性系统的适应性有多大讨论的空间呢当经济环境的变化周期小于设备的生命周期时，就会对设备的适应性提出要求。但由于技术发展和经济环境的不确定性和不可预测性，要求一台设备能够自动而有准备地适应新的需求是根本不可能的。 24* 值得思考的问题之七标准化问题难道系统标准化永远是句口号吗 u 其他行业中标准化的观念已上升到一个新的高度，成为了一种富有创造性并具有突出战略意义的企业哲学。 u IDC机房的标准几乎没有什么进展。还停留在手工行业阶段将来自不同供应商的不兼容的设备进行定制化设计，组合成一个独特的大型基础设施系统。因而产生了难以设计、部署、维护和管理的系统； u 所有应用技术和产品最终都是用商业价值决定优劣的；价值可用性适应性总拥有成本 u 标准化对提高可用性、提高适应性和降低总拥有成本起着重要的作用； 25* 值得思考的问题之八正确地选用配置 UPS u 根据需要确定选用标准； u 计算机对 UPS电性能指标要求并不高； u 任何高指标都是要以提高成本和降低可靠性为代价的； u 屏蔽和排除厂家的误导； 26* 一、 IDC机房中 UPS供电系统现状和值得思考的问题二、当前 UPS供电系统设计和配置中存在的若干问题目录 27* 二、 UPS系统设计和应用中存在的若干问题 1. 计算机类负载对 UPS电性能指标要求不高； 2. 先进 UPS 的性能指标是什么； 3. 如何衡量设备的可靠性； 4. 可靠性与可用性的区别； 5. 系统的模块化与标准化； 6. 关于系统模块化的概念讨论； 7. 隔离变压器在供电系统中的功能 -无输出变压器 UPS的优缺点； 8. 系统零地电压差的产生与治理； 9. UPS 供电系统方案的选择； 28* 二、 UPS系统设计和应用中存在的若干问题 10. 双输入电源负载特性； 11. 双总线系统的单路径故障点与新的配置方法； 12. 高可用级别的双总线系统； 13. 冗余系统中再冗余对可用性的影响； 14. 低成本的双总线系统； 15. 油机再冗余对可用性的影响； 16. UPS输出功率因数与实际带载能力； 17. 关于 UPS输入阻抗性质（ PF≠1 、容性还是感性）； 18. UPS输入电流谐波污染与抑制方法； 29* 二、 UPS系统设计和应用中存在的若干问题 19. 机房接地问题； 20. 油机与不停电系统； 21. 关于 UPS输入电压变化范围； 22. 数据中心输入消耗能源分布与节能问题； 23. IT系统交流输入环节不能加漏电保护器； 24. 隔离变压器启动短路问题； 25. 关于参数稳压器在系统中的配置问题； 30*