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谈论数据中心电源系统解决方案

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-23 1:59:16 * 浏览: 60
在数据中心,UPS电源系统的主要功能是为负载提供不间断的电源。经过多年的实践,已经引入了多种电源方案。本文介绍几种常见的电源方案:独立电源方案,串联热备份冗余电源方案,并行热备份冗余电源方案,双总线冗余(2N)电源方案和模块化UPS冗余电源方案。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _ bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript '%3E%3C / script%3E”)),目前,绿色节能电源解决方案正在悄然兴起。本文简要介绍了“冷暖气,暖气和电源”数据中心的应用。在数据中心中,UPS电源系统的主要功能之一是为负载提供不间断电源(由于电网已经具有很高的电源质量,UPS改善电源质量的功能已成为不太重要)。经过多年的实践,业界已经推出了多种电源解决方案。 1独立电源方案独立电源方案是UPS电源方案中最简单的结构,其原理图如图1所示。系统由UPS主机,电池组,机油发动机,输入/输出屏幕等。此解决方案不需要特殊的配电设计和工程构造,并且安装快捷。缺点是可靠性较低。通常用于小型网络,单独的服务器,办公区域和其他场合。 2系列热备份冗余电源方案系列热备份冗余电源方案是一种较早,简单,成熟的电源方案,已广泛应用于各个领域。 UPS系列连接的特点是主机UPS和备用UPS是具有独立旁路的完整在线UPS。在正常的市电条件下,主机UPS为负载提供100%的电源,而备用机器UPS不为负载提供电源。当主机UPS发生故障时,请切换到备用计算机UPS,以为负载提供100%的电源。也可以将其切换到维护旁路1,主电源直接为负载供电。当主电源出现故障时,电池组将提供备用时间,该备用时间将转移到油机上。由两个UPS组成的串联热备援冗余电源方案的示意图如图2所示。图3为由三个UPS组成的串联热备援冗余电源方案的示意图,其工作原理与如图2所示。以由两个UPS组成的串联热备份冗余电源方案为例,通常使用两个具有相同容量的UPS(也可以使用不同容量的UPS)将UPS2的逆变器输出连接至交流电源。 UPS1在旁路静态开关的输入处,负载由UPS1的输出供电。市电正常时,UPS1的逆变器向负载供电,UPS2处于空载运行。当UPS1中的逆变器发生故障时,负载将功率传输到UPS2中的逆变器。这种冗余供电方式的优点是,UPS的锁相同步跟踪控制技术不高(仅当两台UPS立即切换时才需要),并且热备用冗余供电系统易于构建。 。备用计算机可以使用来自不同制造商和不同容量的UPS产品。缺点是一台UPS在长期空载运行时的电池寿命会缩短。由于一台UPS处于满载状态,而另一台则处于空载状态,因此平均MTBF会降低,并且单台机器必须具有“逐步加载”的能力,以确保主机发生故障后,可以立即恢复整个负载添加到无负载运行的备份计算机上。由于备用计算机长时间处于空载运行状态,因此,一旦发生切换过程,负载将突然从0变为100%负载。内部电路和组件容易受到大电流的影响而损坏,从而降低了UPS的安全运行稳定性。 3并行热备份冗余电源upply方案并行热备份冗余电源方案是通过并行机柜,并行模块或并行板连接多个相同型号和容量的UPS,并并行连接输出端子。目的是共享负载功率。基本原理是:在正常情况下,多个UPS具有逆变器输出,它们均分负载和电流。当一台UPS发生故障时,其余的UPS将承担满负荷。并行冗余的实质是UPS均分负载。联网有多种形式,包括N + 1或N + X。实现并行冗余的前提是解决以下技术问题:①每个并行UPS的输出波形均保持相同的幅度,相位和频率,并且并联循环电流应尽可能小,例如:小于2%,②每个并联的UPS均应分担负载,③USP发生故障时可以快速脱机。供电方案:多台UPS分担负荷,可靠性大大提高,扩容方便,系统寿命和可维护性大大提高。缺点并行热备援冗余供电方案的缺点:成本增加,单点仍然存在并行输出侧的故障。图4中所示的并行热备份冗余电源方案的示意图是N + 1冗余并行系统。要求N UPS的输出必须具有相同的相位,相同的频率和相同的输出电压幅度,并且对技术的要求很高。但是,多个UPS以平衡的方式向负载供电。如果一台UPS发生故障,则有故障的UPS将自动脱机,并且负载将由其他UPS以平衡的方式提供。这提高了此并行模式的性能,并使得平均无故障时间得到了改善,并且设备的运行更加稳定。图4实际上是由并行板并联连接的1 +1并行热备用冗余电源系统。 4双总线冗余(2N)电源方案示意图双总线冗余(2N)电源方案示意图如图5所示,其实际上类似于并行热备份(1 + 1)冗余电源方案。并且更安全。供电方法由两套UPS电源系统组成。当一组电源系统发生故障时,另一组电源系统可以保证负载,从而大大提高了电源的安全性。但是成本更高。早期,应用于数据中心的UPS电源方案的配电系统输出经常遭受电源和配电电路故障(例如开关跳闸,保险丝烧断和短路)的影响,这极大地影响了电源的可靠性供应和分配UPS系统。为了提高机房中UPS电源系统的可靠性,已在大型和大型数据中心中使用2N或2(N + 1)系统。它们在行业中也被称为双总线或双总线电源系统。该解决方案的特点是:①考虑到系统实施的成本,数据中心的负载分为两种:单电源/三个电源负载和双电源负载。在正常操作中,两个总线系统为所有双电源负载供电。通过STS设置,两个关键的单个电源负载均被供电。因此,在正常运行期间,两个总线系统将各自承担50%的负载。 ②其中一个单总线系统可以用作双总线系统的输出总线,另一个单总线系统可以用作双总线系统的另一个输出总线。两个总线系统的输出可以通过同步控制器进行同步。负载总线同步跟踪控制器(LBS)用于双总线UPS系统中,以确保两个UPS输出系统的同步。例如,首先将任何并行UPS系统设置为主机,然后LBS会同时监视两条总线上的UPS输出频率和相位。一旦发现它们不在同步跟踪范围内,就会激活LBS,内部控制将继续跟踪预定义为主电源的市电UPS,而另一条总线上的UPS将通过LBS的控制跟踪主服务器,以实现两个系统的同步。 ③即使系统完全故障或需要维修,由于一个输出总线仍带电,因此双电源负载将继续正常工作。关键的单电源负载将通过STS零切换到另一个输出总线,并且将正常工作。 ④与以前的电源方案不同,系统的备份首先显着改善了负载电源的可靠性。此外,该解决方案具有开放性和良好的预见性,并且将来扩展,升级和维护系统也非常方便。因为可以随时关闭其中一个系统的电源以进行处理,以解决维护或扩展问题。双总线系统真正实现了系统的在线维护,在线扩展和在线升级,在配电方面提供了更大的灵活性,满足了服务器的双电源输入要求,并解决了单机故障。电源电路。点对点冗余大大提高了整个系统的可靠性和安全性,并提高了输出电源系统的“容错能力”。但是,该方案的建设成本较高。在实际的施工过程中,必须在提高可靠性和降低成本之间做出适当的权衡。 5模块化UPS冗余电源方案(1)模块化UPS特性分析模块化是UPS的发展趋势之一。尽管独立模块化UPS的可靠性几乎与单个高频UPS的可靠性相同。但是,作为一个系统,模块化UPS电源系统不仅大大提高了其性能,而且还大大提高了其可靠性,可维护性和智能指标。与传统的UPS电源系统相比,模块化UPS电源系统的主要特点如下。 ①并联冗余运行稳定,可靠性高。在模块化UPS电源系统中,电源模块部分是并行冗余的,即电源部分由许多模块并行连接。它们彼此独立,互不依赖。负载共享。它由独立的监视,警报,通信模块和静态开关模块组成,用于系统保护。没有集中控制单元,并且系统没有故障瓶颈。在模块化UPS电源系统中,仅购买相应的电源模块即可实现(N + X)并联冗余电源系统。 ②易于维护,在线处理和高可用性在线热插拔是模块化UPS电源系统的另一个重要功能。因为模块的规格是统一的,所以具体实现非常简单,更换时间非常短,可以在几分钟内完成。相反,当传统的UPS发生故障时,要花几小时甚至几天的时间才能确定故障现象,完成更换,消除故障并正常运行设备。在大多数情况下,制造商需要派技术人员进行维护。模块化UPS电源系统提高了系统可用性,并使维护更加方便。同时,它提高了用户维护系统的能力,减少了设备故障的隐患,并确保了负载的保护。 ③安装简单,扩展方便,节省投资与传统机型相比,模块化UPS电源系统在物理尺寸和重量上有了很大的提高,为用户节省了机房面积和承重加固等领域的大量投资。当需要扩展容量时,必须用更大容量的UPS代替传统的UPS电源系统,以满足需求。但是,模块化UPS电源系统无需更换整个机器,仅通过增加模块数量即可轻松扩展容量,有效地减少了初始购买和未来的扩展成本,并可以动态满足业务发展的需求。 ④节能环保的绿色电源。由于其自身系统架构的优势,模块化产品在效率方面比传统模型取得了突破性进展。输入电流总谐波失真(THDI)模块化UPS的功率通常小于5%,输入功率因数PF≥0.99,无功功率电流输入,大大减少了对电网的污染,有效减少了电网负荷和电力损耗。逆变器效率通常为95%。模块并行方案本质上是上述并行热备份冗余电源方案之一,但是具体的实现方法不同于传统的并行热备份冗余电源方案:模块化UPS电源系统可以并行连接电源模块。 ,电池模块,充电模块等也可以并联连接到多个整个机架。 (2)模块化UPS冗余电源方案模块化UPS电源系统本身具有并行冗余和在线扩容的特点(见图6)。