伊頓創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電制式變革

　　日前,由中國勘察設(shè)計協(xié)會電氣分會、中國建設(shè)科技集團股份有限公司主辦的“全國電氣技術(shù)交流大會”在上海隆重召開。本大會旨在為設(shè)計單位和生產(chǎn)企業(yè)提供電氣技術(shù)的學(xué)術(shù)交流平臺,共議電氣行業(yè)發(fā)展方向,探討電氣行業(yè)目前出現(xiàn)的熱點、疑難問題,促進電氣行業(yè)技術(shù)發(fā)展與進步。

　　全球動力管理公司伊頓作為協(xié)辦單位出席大會,伊頓電源大中華區(qū)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)王偉在大會上分享了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電制式的發(fā)展與電氣設(shè)計,從發(fā)展背景、現(xiàn)存問題、應(yīng)用分析、發(fā)展趨勢等對數(shù)據(jù)中心多種供電制式進行剖析,為 5G 和云時代供電制式選擇提供參考。

伊頓電源大中華區(qū)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān) 王偉

　　王偉在分享中提出,層出不窮的各類線上應(yīng)用場景正在使企業(yè)加速“上云”部署,數(shù)據(jù)中心也從服務(wù)中心演變成了生產(chǎn)中心,從成本中心演變成為了效益中心,從支撐業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動業(yè)務(wù)發(fā)展。5G 和云計算的加速部署趨勢下,超大規(guī)模、大型以及邊緣數(shù)據(jù)中心等多形態(tài)數(shù)據(jù)中心齊頭并進,成為角色多元的新基建數(shù)字底座。

　　作為數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運行的重要支撐之一,供電系統(tǒng)通過創(chuàng)新技術(shù),加強其雙生命周期表現(xiàn),助力數(shù)據(jù)中心達到更高可靠性、可用性的同時,兼顧卓越能效管理水平,從而實現(xiàn)更低的 TCO,正在成為設(shè)計院、生產(chǎn)廠商爭取更大市場機會的重要砝碼。

　　在演講中,王偉介紹了數(shù)據(jù)中心供電制式發(fā)展的背景,根據(jù)采用的電源性質(zhì)與運行方式不同,構(gòu)成了不同的數(shù)據(jù)中心供電制式,并重點介紹了伊頓交流直供供電制式在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心規(guī)模化應(yīng)用的技術(shù)與效益優(yōu)勢。

　　數(shù)據(jù)中心 UPS “交流直供”供電制式

　　交流直供供電制式的定義:

　　正常路徑:在旁路市電供電正常時,UPS 經(jīng)過旁路開關(guān)直接給數(shù)據(jù)設(shè)備負載供電;

　　后備路徑:在旁路市電供電中斷或超限時,雙變換供電或“蓄電池經(jīng) UPS 的 DC/AC逆變器”給數(shù)據(jù)設(shè)備負載供電;

　　緊急路徑:當(dāng) UPS 設(shè)備故障時,UPS 將不間斷地轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路,市電經(jīng)由 UPS 內(nèi)置的旁路電子開關(guān)給數(shù)據(jù)設(shè)備供電。

　　中國電網(wǎng)技術(shù)的建設(shè)與發(fā)展,帶來了數(shù)據(jù)中心供電環(huán)境的穩(wěn)定性,2N 高/中壓不同源、雙市電供電回路設(shè)計,進一步降低了市電停電的概率。據(jù)伊頓對在網(wǎng) UPS 工作狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,超過 99% 的時間市電處于優(yōu)良的供電狀態(tài),僅有不到 1% 的時間需要后備電池供電。

　　為此,伊頓推出了具有專利技術(shù)的交流直供制式。這一制式可在不改變傳統(tǒng) UPS 供電制式的電路結(jié)構(gòu)、配電線路、配電開關(guān)等任何部件的情況下,只需升級到一套具有主回路休眠功能的伊頓標(biāo)準(zhǔn) UPS 產(chǎn)品就可實現(xiàn)。該 UPS 在市電網(wǎng)正常時,市電通過 UPS 旁路向負載供電,而主回路的整流、逆變器處于休眠狀態(tài),當(dāng)市電超限或故障時轉(zhuǎn)到雙變換模式向負載供電,這一切換的典型時間僅為 2ms 不到,充分滿足負載“不間斷”的供電要求。

　　伊頓交流直供制式完全適應(yīng)中國公共電網(wǎng)的要求,為數(shù)據(jù)中心 IT 負載提供最高安全等級的輸出電壓保證,尤其是當(dāng)今數(shù)據(jù)中心 UPS 帶載率普遍在 50% 以下的輕載現(xiàn)狀,在 ESS 模式下運行,伊頓系列 UPS 的最高實用效率可高達 99%,實現(xiàn)理想的“無損”節(jié)能工作。

　　這一技術(shù)的技術(shù)原理和性能指標(biāo)完全不同于其它友商傳統(tǒng)的 ECO(旁路優(yōu)先)模式。

　　UPS 雙變換供電制式

　　UPS雙變換供電制式是目前市場上應(yīng)用最久、最廣的供電模式。

　　UPS 雙變換供電制式的定義:

　　正常路徑:在市電供電正常時,UPS 經(jīng)過 AC/DC 和 DC/AC 的兩級變換給數(shù)據(jù)設(shè)備負載供電;

　　后備路徑:在市電供電中斷時,蓄電池經(jīng) UPS 的 DC/AC 逆變器給數(shù)據(jù)設(shè)備負載供電;

　　緊急路徑:當(dāng) UPS 故障時,UPS 將不間斷地轉(zhuǎn)靜態(tài)旁路,市電經(jīng)由 UPS 內(nèi)置的旁路電子開關(guān)給數(shù)據(jù)設(shè)備供電。

　　顧名思義,雙變換 UPS 需要進行兩次電力交換來實現(xiàn)對負載的供電,所以效率損耗較大,通常有高達 4-12% 的損耗,在數(shù)據(jù)中心通常的 50% 負載下,這一損耗通常更大,這成為制約現(xiàn)代大型數(shù)據(jù)中心 PUE 提高的主要因素。

　　近年來,雙變換的 UPS 產(chǎn)品在節(jié)能降耗方面也做了大量的技術(shù)發(fā)展,其中最重要的發(fā)展就是 UPS 技術(shù)從工頻機向高頻機發(fā)展,從二電平向多電平發(fā)展。智能電子升壓淘汰了電壓器的磁耦合升壓,卓越的多電平諧波控制技術(shù),這些不斷創(chuàng)新的技術(shù)的運用使 UPS 的雙變換效率達到了 96% 以上,諧波也控制在了小于 3% 的范圍。

　　其次,基于對可靠性和可維護性的綜合要求,UPS 產(chǎn)品也已經(jīng)從 B 級的塔式一體機和 C 級的小模塊插拔機向著 A 級的大模塊組合機方向發(fā)展。伊頓 9395 UPS 作為市場典型的 A 級大模塊組合機,通過多模塊組合、三路供電和多 DSP 控制技術(shù)等,確保了 UPS 產(chǎn)品可靠性;并通過使用主功率模塊組件的在線維護技術(shù)大大提升了產(chǎn)品的可維護性。

　　另外,UPS 的大模塊化設(shè)計可以使產(chǎn)品兼具單機和并機的優(yōu)點,在并機系統(tǒng)中所有模塊互為備份、靈活配置,提高系統(tǒng)可靠性的同時實現(xiàn)靈活的冗余擴展性,提高 UPS 的容量交付能力,伊頓 9395 系列 UPS 容量最大可達 1200kVA。

　　第三,雙變換 UPS 正向著兼顧儲能系統(tǒng)應(yīng)用的方向發(fā)展。儲能型 UPS 可與電網(wǎng)進行更好的雙向協(xié)同,通過移峰填谷降低用電成本。

　　伊頓通過技術(shù)創(chuàng)新,將優(yōu)化成本、改善運營等客戶期待付諸于實踐,希望幫助客戶提升能效,從節(jié)約能源和較少碳排放角度增加客戶的收入與盈利能力,助力客戶實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

伊頓 Power Xpert™ 9395 系列 UPS

　　HVDC 供電制式

　　基于絕大部分原先由 AC 220V 供電的數(shù)據(jù)設(shè)備負載可以直接用 276V 直流供電,近年在中國市場衍生出了高壓直流 HVDC 供電制式。

　　HVDC供電制式的定義為:

　　相對于24V/48V通信電源,276V電壓較高,所以被定義為HVDC(與電網(wǎng)的HVDC無關(guān))。

　　正常路徑:在市電供電正常時,HVDC經(jīng)過AC/DC變換輸出直流電(276V或380V)給數(shù)據(jù)設(shè)備負載供電;

　　后備路徑:在市電供電中斷時,蓄電池經(jīng)直接給數(shù)據(jù)設(shè)備負載供電;

　　緊急路徑:無

　　你所理解的 HVDC 供電制式是這樣嗎

　　事實上,HVDC 是三級變換,并不是一個節(jié)能產(chǎn)品,最新的 HVDC 產(chǎn)品效率在 96.5%-97%,典型的 HVDC 模塊效率僅達 94%-96%。同時,無應(yīng)急供電路徑及電池直掛負載母線的問題,都給數(shù)據(jù)中心埋下隱患。

　　在應(yīng)用方面,HVDC 模塊容量小,需要更多的模塊并聯(lián)組成系統(tǒng)所需容量,降低了系統(tǒng)可靠性。HVDC 供電制式無法給部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電,會導(dǎo)致交流、直流在 IT 端的混合供電,也無法給數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵物理基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)機、冷機水泵等設(shè)備供電,這將使 HVDC 電源與 UPS 在數(shù)據(jù)中心并存,導(dǎo)致電源品類管理與維護的復(fù)雜化。

　　另外,相對于交流供電,將降低數(shù)據(jù)中心的安全性。實驗表明,交流服務(wù)器輸入端的撥動開關(guān)、交流 PDU 如果直接采用直流供電,在分?jǐn)嚯娏鲿r將出現(xiàn)拉弧、燒毀或燃燒等現(xiàn)象的概率會顯著提高。

　　MVDC 供電制式

　　MVDC(巴拿馬電源)在 HVDC 技術(shù)之后,被下一代超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心視為供電系統(tǒng)的又一新選擇。

　　MVDC 是由中壓 10kV 交流輸入,240V/336 直流輸出的數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)。其系統(tǒng)供電原理、電壓等級/制式、變換層級、輸入/輸出配電系統(tǒng)、電池系統(tǒng),與原先的 HVDC 幾乎完全一樣,只是系統(tǒng)效率提升至 97%,但是中壓變壓器的設(shè)計與制造更加復(fù)雜化。同時,交付的單設(shè)備容量明顯提高,使電源工廠的系統(tǒng)集成能力被提高。

　　通過對現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電制式的綜合剖析,伊頓期待能夠加深設(shè)計院電氣設(shè)計專家對 5G、云時代數(shù)據(jù)中心供電制式的全面理解與評估,設(shè)計出最符合客戶需求的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)。

　　伊頓一直密切關(guān)注現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心行業(yè)的供電需求,基于廣泛的成功實踐,致力于為用戶的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)提供高可靠、高可用及綠色節(jié)能的系統(tǒng)解決方案。針對用戶普遍面臨的節(jié)能痛點,在全球首創(chuàng)了專利的交流直供供電制式,這一制式不僅適用于數(shù)據(jù)中心,也適用于全行業(yè)各種關(guān)鍵應(yīng)用場景,而且其性能與需求的高度匹配在全球范圍的實踐運行中得到了充分驗證。