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IDC機房建設(shè)之供電模式與解決方案

來源: 發(fā)布時間:2024-12-04

       一、IDC機房建設(shè)對供電的需求有如下幾個特點

 1、對供電要求高靠性

  IDC面對的客戶一般都是企業(yè)級客戶,有的甚至為門戶網(wǎng)站,若負載中斷,IDC業(yè)務(wù)提供者,將會面臨巨大損失,因此對供電的可靠性要求很高。

 2、負載容量大

  IDC機房建設(shè)投入巨大,并且會考慮到未來幾年的業(yè)務(wù)增長,因此其要能承接足夠大的業(yè)務(wù)量。一般一個機房約放置50-100個機架,每個機架的負載量約為幾千瓦,因此一個機房的負載量約為幾百到上千千瓦,一個IDC中心可能建設(shè)多個機房。

  3、相對集中的供電方式

  為了分擔(dān)風(fēng)險,同時又考慮到集中供電的方便管理性,一般按一個機房的負載容量來考慮,負載量約在幾百到上千千瓦。

  4、對設(shè)備的諧波污染要求高

  隨著對節(jié)能、環(huán)保的要求越來越高,電信運營商積極響應(yīng),同時,IDC機房也是用電大戶,是供電單位的重點關(guān)注對象,對諧波關(guān)注的程度高,這已經(jīng)是趨勢。

  二、傳統(tǒng)的UPS供電解決方案

  傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備要求交流輸入電源,一般是與市電電源的電壓和頻率相同的電源,即220V,50Hz的單相交流電源。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備的電源系統(tǒng)是UPS系統(tǒng), UPS系統(tǒng)一般由整流器、逆變器、蓄電池和靜態(tài)開關(guān)等組成,市電正常時,市電經(jīng)整流器變換為直流電供給逆變器,同時給蓄電池充電,逆變器將直流電變換為交流電供給負載。UPS本身故障時負載可經(jīng)靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換為旁路市電供電,市電長時間停電時,由備用發(fā)電機組供電。

  雖然IDC機房內(nèi)的設(shè)備是單相供電,但功率越來越大,單相UPS功率不能做的很大,受到限制,解決的方法是用三相UPS供電,功率一般平均分到三相上,同時進行UPS并機,解決其供電的可靠性。由于UPS通過逆變換流供電給數(shù)據(jù)設(shè)備,如果逆變與切換部分出現(xiàn)故障,電池不是直接給數(shù)據(jù)設(shè)備供電,會導(dǎo)致數(shù)據(jù)設(shè)備中斷。

  幾種常見的UPS供電模式

  1、串聯(lián)熱備份

  此種UPS供電方式消除了單點故障,實現(xiàn)簡單,但是其同一時間只有一臺UPS帶載,因此存在超載能力差、主備機老化不均等問題,目前已經(jīng)較少采用。

  2、并聯(lián)冗余

  此種UPS供電方式的好處是可以負載均分,其中任意一臺UPS故障,其被切離,UPS系統(tǒng)不用做任何切換,仍可工作在在線模式??梢愿鶕?jù)負載量,通過增加UPS的方式實現(xiàn)系統(tǒng)容量擴充。

  3、雙總線供電方式

  此種UPS供電方式,其特點是同時提供2路互不影響的供電母線,分別提供給雙電源負載,或者通過STS再提供給單電源負載。此方式也很好的消除了單點故障,但限于供電方案中又增加了LBS(同步控制)和STS(雙路切換),因此也增加了故障點。

  UPS供電方案的優(yōu)點:

  技術(shù)方案成熟,目前在大量應(yīng)用。

  交流輸出,不易拉弧。

  UPS供電方案的缺點:

  并機難度大,需電壓、頻率、相位同步。

  系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜,單點故障多

  變換級數(shù)多,速度相對低

  輸入諧波大,功率因數(shù)低

  三、共用48V母線的混合系統(tǒng)解決方案

  這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點是直流負載和交流負載的電源系統(tǒng)都采用-48V母線作為輸入電源。在市電或整流器故障時,由于蓄電池與輸出母排是并聯(lián)的,所以-48V母線電源是不間斷的。直流負載由-48V母線直接供電,交流負載經(jīng)逆變器供電,即用-48V直流電源供電的逆變器代替了UPS。

  混合系統(tǒng)解決方案優(yōu)點:

  技術(shù)成熟,48V電源是真正的不間斷電源,其輸出純凈,所以系統(tǒng)整體穩(wěn)定性有提高。不易拉弧,安全性高。

  混合系統(tǒng)解決方案缺點:

  在交流負載的電源鏈中增加了電源變換的次數(shù),且電壓低,電流大,增加了損耗,降低了系統(tǒng)速度。

  這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只適用于交流負載為中小功率的情況。

  四、整流型rAC高壓供電解決方案

  以2000年發(fā)表的《電信和數(shù)據(jù)通信融合的rAC供電技術(shù)的新研究》為例,法國電信公司試用。rAC供電系統(tǒng),類似傳統(tǒng)的48V直流電源系統(tǒng)中的直流母線由經(jīng)過整流的母線替代,實際上是脈動的直流。系統(tǒng)由整流橋、高電壓蓄電池組、蓄電池開關(guān)、充電機等組成。這種rAC供電系統(tǒng)的輸入諧波電流抑制和功率因數(shù)需要補償,須在rAC母線上并聯(lián)連接諧波抑制器。

 rAC高壓供電解決方案的優(yōu)點:

  在整個供電電路中只有一個變換級,損耗??;蓄電池充電機只用于給蓄電池離線充電,因此容量較小,成本低。rAC高壓供電解決方案的缺點:

  采用用電壓較高, 安全標(biāo)準(zhǔn)要求高;采用單體蓄電池數(shù)量較多,要求進行更嚴(yán)格蓄電池管理。

  五、高壓直流供電的可行性探討

  數(shù)據(jù)設(shè)備內(nèi)部電源狀況是計算機主機、顯示器、打印機等電氣設(shè)備的內(nèi)部電源都是開關(guān)電源,將輸入的交流220V先整流、濾波成直流300V后,再通過電源開關(guān)管和開關(guān)變壓器降壓、穩(wěn)壓成低壓,為各部分提供電源。一般交流電壓在110-250V之間,通過整流、濾波后直流電壓為150V-340V之間。因此,給這些設(shè)備輸入一個150V-340V直流電壓,設(shè)備是可以正常工作的。綜合考慮, 額定電壓在228V~280V(后備12V電池19只或20只)范圍內(nèi)直流電通過橋式整流電路、濾波后,仍是直流228V~280V,在150V-340V之間,因此開關(guān)電源仍能正常工作,目前的實驗證明數(shù)據(jù)設(shè)備輸入DC270V左右時比較好。

  六、高電壓直流供電系統(tǒng)解決方案一

  高電壓直流供方案一的交流輸入、整流電路和蓄電池、充電機與rAC供電系統(tǒng)是相同的。不同的是rAC供電系統(tǒng)將rAC直接供到集中的大功率DC/DC變換器,再其變換為穩(wěn)定的高壓DC270V。日本NTT公司試驗了此系統(tǒng)。如果交流輸入電源故障,由蓄電池經(jīng)直流開關(guān)和大功率DC/DC變換器供給負載設(shè)備270V直流電。

  此種電源系統(tǒng)的優(yōu)點:

  可靠性高,在負載設(shè)備的功率較大時更為突出;成本低;

  此種電源系統(tǒng)的缺點:

  采用單體大功率DC/DC,電壓高,電流大,要求較高的安全標(biāo)準(zhǔn);采用蓄電池數(shù)量多,要求進行更嚴(yán)格蓄電池管理。

 七、高壓直流供電系統(tǒng)解決方案二

  此方案是目前國內(nèi)電信運營商在IDC機房改善供電的試用電源系統(tǒng)早鹽城電信為例,現(xiàn)在一些電信分公司與移動分公司均有試用。與傳統(tǒng)48V供電系統(tǒng)類似,是由多個并聯(lián)冗余整流器和蓄電池組成的。在正常情況下,整流器將市電變換為270V直流電,供給電信設(shè)備,同時給蓄電池充電。市電停電時,由蓄電池放電為電信設(shè)備供電。長時間市電停電時,由備用發(fā)電機組供電。與傳統(tǒng)的-48V直流電源系統(tǒng)的一樣,蓄電池備用時間為1~24h,典型的蓄電池備用時間為1~3h。此高壓直流電源系統(tǒng),在試用中優(yōu)勢得到較充分的體現(xiàn)。

  此種供電系統(tǒng)的優(yōu)點:

  可靠性:電源模塊化輸出和電池直接并聯(lián)給負載供電,電池直接并聯(lián)到輸出母線上,母線電源是不間斷的。采用分級分布式控制,整流模塊和CSU故障時各自單獨控制,避免故障擴散。

  易維護:并機容易,電源模塊化設(shè)計,支持帶電熱插拔,更換方便,采用分級分布式控制,整流模塊和CSU可各自單獨控制,便于維護。

  智能化管理:此系統(tǒng)與傳統(tǒng)48V直流電源系統(tǒng)一樣,系統(tǒng)管理采用智能化管理模式;對電池部分管理完善,更好地延長了電池的使用壽命。

  無諧波干擾、易擴容:對于計算機和服務(wù)器來說,采用直流輸入,不再存在相位和頻率的問題,多機并聯(lián)變得簡單易行,無諧波干擾。

  安全性:采用標(biāo)準(zhǔn)電氣柜,對分路輸出和母線的絕緣狀況可進行實時監(jiān)控,安全性高。

  性價比:同樣容量的系統(tǒng),高壓直流電源系統(tǒng)由于采用N+1模式,投資低,性價比高。

  此種供電系統(tǒng)的缺點:

  此供電系統(tǒng)要求直流元器件;對器件滅弧要求高;由于電壓高,無過零點,對安全性要求高。

  八、高壓直流供電系統(tǒng)解決方案三

  高電壓直流供電系統(tǒng)方案三與方案二供電系統(tǒng)是類似的,所不同的是,方案三供電系統(tǒng)增加升壓電路,將直流輸出電壓提高到400V(此種類似的供電系統(tǒng)在移動公司有實驗點,直流電壓350V)。是針對專門的高壓服務(wù)器電源,目前此服務(wù)器尚在研制之中,由于系統(tǒng)輸出電壓高,對目前大量在使用的服務(wù)器有些是不可用的,但由于某些優(yōu)點突出,可能成為未來的一種發(fā)展的趨勢。

  此方案供電系統(tǒng)的優(yōu)點:

  模塊化供電,電池直接連接負載,母線電源不間斷;節(jié)能;輸出為直流無率因數(shù)與諧波問題,具備負載能力;供電電纜極其細,節(jié)省成本與空間。

  此方案供電系統(tǒng)的缺點:

  故障的安裝拆除易造成拉弧;對安全的要求高,器件的要求也高。

 結(jié)論

  電信技術(shù)的迅速發(fā)展推動了電源設(shè)備技術(shù)的進步,高電壓直流供電系統(tǒng)方案二與方案三因為其可靠性高,特別適用于設(shè)備功率較大的場合的IDC機房供電。方案二適合于目前的服務(wù)器,也是目前IDC機房供電的改造相對適合的方案,方案三可能是一種IDC機房設(shè)備供電的發(fā)展趨勢。IDC機房比較好的供電系統(tǒng)到底是什么,還值得深入探討與研究,總會找到一種適合的方案。

    上海陽騰電子科技有限公司的主要業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)機房的設(shè)計與施工(基礎(chǔ)建設(shè))、IT設(shè)備(服務(wù)器/交換機)、計算機信息安全應(yīng)用集成等IT服務(wù),以及為企事業(yè)單位弱電系統(tǒng)集成(智能化)提供整體解決方案。主要包括機房工程、網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)等智能樓宇系統(tǒng)。公司提供從技術(shù)咨詢、工程設(shè)計、產(chǎn)品供應(yīng)、安裝施工、調(diào)試開通到售后服務(wù)及長期維修保養(yǎng)等一系列的支持,為企業(yè)IT系統(tǒng)整合提供一站式服務(wù)。歡迎您電話咨詢。

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