數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電系統(tǒng)

1、l市電電源的主要問題lUPS設(shè)備l計(jì)算機(jī)負(fù)載的特性l供電方式與冗余技術(shù)l機(jī)房供電量設(shè)計(jì)的基本原則l綠色電源與節(jié)能l電壓和頻率是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的兩個基本參數(shù) l在電能的傳送和分配過程中，要求電力系統(tǒng)供電安全可靠，停電次數(shù)少而且停電時(shí)間短，電壓變動小，頻率變化小，波形畸變小等。 l發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組輸出額定電壓為3.1520kV l升壓變電所升壓至35500kV l高壓輸電線 l區(qū)域變電所降壓至610kV l配電變電所降壓至380V l中斷(power failure) 指市電中斷并且持續(xù)至少兩個周期到數(shù)小時(shí)的情況，主要由：線路上的斷路器跳閘、市電供應(yīng)中斷、線路中斷等引起。 斷電斷電l電壓突降

2、(power sags) 指市電電壓有效值介于額定值的80%至85%之間的低壓狀態(tài)，并且持續(xù)時(shí)間達(dá)一個到數(shù)個周期，主要由：大型設(shè)備開機(jī)、大型電動機(jī)啟動或大型電力變壓器接入等引起。 l電壓浪涌 (power surges) 指輸出電壓有效值高于額定值110%，而且持續(xù)時(shí)間達(dá)到一個或數(shù)個周期，主要是由于在電網(wǎng)上連接大型設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。 浪涌浪涌l電壓起伏及閃爍(brownout) 指市電電壓有效值低于額定值，并且持續(xù)較長時(shí)間，其產(chǎn)生原因包括：大型設(shè)備啟動和加載、主電力線切換、啟動 大型電動機(jī)、線路過載等。 電壓波動電壓波動l脈沖電壓 (high voltage spikes

3、) 指峰值達(dá)6000v，持續(xù)時(shí)間從萬分之一秒至二分之一周期 (10ms)的電壓，主要由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電 或大型設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。 尖峰尖峰l頻率變化 (frequency variation) 指市電頻率的變化超過3HZ以上，原因?yàn)椋簯?yīng)急發(fā)電機(jī)不 穩(wěn)定運(yùn)行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。 頻率波動頻率波動l雜波干擾(noise) 指射頻干擾(RFI)和電磁干擾(EFI)以及其他各種高頻干擾，如馬達(dá)的運(yùn)行、斷電器的動作、馬達(dá)控制器的工作、廣播發(fā)射、微波幅射以及電氣風(fēng)暴等。電子噪音電子噪音l差模干擾：排除共模噪聲后，在兩條電源線之間測出的電源線對公共基準(zhǔn)點(diǎn)的噪聲，測試結(jié)果為兩電源線的

4、噪聲分量之差，交流電路通常指輸入L線對和N線的噪聲。l共模干擾：指兩導(dǎo)體對某個基準(zhǔn)點(diǎn)具有大小基本相等，方向相同的噪聲，交流電路通常指輸入L線和N線對地的噪聲。l穩(wěn)壓電源l隔離變壓器l飛輪穩(wěn)壓裝置l發(fā)電機(jī)lATSlSTSlUPSl性能良好的UPS可提供非常準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度，能基本解決市電電源問題 l整流器l逆變器l旁通開關(guān)（靜態(tài)/手動）l蓄電池組 l控制監(jiān)測系統(tǒng)l離線式（off line） l在線雙變換式（on line）（IEC62040 (UPS)VFI-SS-111 ） FSIS111輸出不隨輸入變化 在正常操作模式.等級:VFI =輸出/輸入電壓和頻率相對 獨(dú)立 VI = 輸

5、出電壓獨(dú)立VFD =輸出電壓和頻率隨輸入變 化而變化 輸出波形(靜態(tài)特性)1. 字符 = 正?；蚺月凡僮?2. 字符 = 電池操作等級:S = 正弦波（低擾動） X = 正弦波（高擾動） Y = 非正弦波輸出動態(tài)特性1. 數(shù)字=在充電模式下的電壓動態(tài)特性 2. 數(shù)字 = 在正常/電池操作模式帶100線性負(fù)載條件下的電壓動態(tài)特性 3. 數(shù)字 =在正常/電池操作模式帶100非線性負(fù)載條件下的電壓動態(tài)特性 雙轉(zhuǎn)換在線式雙轉(zhuǎn)換在線式 根據(jù)根據(jù) IEC EN 62040-3 (ex- EN 50091-3) Vl方波輸出 l正弦波輸 l單相輸入單相輸出 l三相輸入單相輸出 l三相輸入三相輸出 l小功率

6、5KVA以下 l中功率 5KVA30KVA l大功率 30KVA以上 l標(biāo)準(zhǔn)型UPS備用時(shí)間為5-25分鐘 l長效型。UPS備用時(shí)間為1-8小時(shí) l工頻機(jī)l高頻機(jī)BypassOutput ACDCAC DC整流器整流器升壓電路升壓電路靜態(tài)旁路靜態(tài)旁路逆變器逆變器蓄電池蓄電池充電器充電器l工頻機(jī) 零地分離徹底 無高頻干擾 隔離變壓器可以隔直l高頻機(jī) 價(jià)格低 體積小 效率高l塔式機(jī)l模塊化l塔式機(jī) 價(jià)格低 單機(jī)可靠性高 輸出電源質(zhì)量較好l模塊化機(jī) 體積小 系統(tǒng)可用性好 效率高l系統(tǒng)容量指的是交流供電時(shí)，供電設(shè)備所能提供的最大功率。UPS供電時(shí)額定功率表示千伏安（KVA）。千伏安表示的是視在功率，千

7、瓦（KW）表示的是有功功率。這在實(shí)際應(yīng)用中是有很大的區(qū)別的，UPS的設(shè)計(jì)理想情況下，它們的功率因數(shù)應(yīng)與實(shí)際負(fù)載是相近的，能最大限度的滿足負(fù)載的有功功率需求。 l線性負(fù)載 阻性負(fù)載，電流電壓同步。 感性負(fù)載，電流滯后電壓。 容性負(fù)載，電流超前電壓。 l非線性負(fù)載 電流與電壓呈現(xiàn)非線性關(guān)系，電流波形畸變除基波外，還含有豐富的高次諧波。 l波峰系數(shù)是周期性的負(fù)載的波峰電流與RMS電流的比值(RMS:根均方值，即平均值)l線性負(fù)載的波峰系數(shù)為1.4l基準(zhǔn)非線性負(fù)載的波峰系數(shù)為2.7l功率因數(shù)0.8左右l非線性負(fù)載l呈容性或感性l一般無PFC功率因數(shù)校正l波峰系數(shù)大l啟動電流大l同時(shí)使用系數(shù)=1l功率因

8、數(shù)0.9以上l非線性負(fù)載l電流電壓基本同步l大功率設(shè)備自身均帶有PFC功率因數(shù)校正l波峰系數(shù)大l啟動電流小l同時(shí)使用系數(shù)1l集中供電方案 負(fù)載比較集中，集中便于管理 l分散供電方案 負(fù)載比較分散，且各負(fù)載之間比較獨(dú)立，對供電質(zhì)量要求較高 可靠性高供電方式 電源管理 布線要求 可靠性 成本 集中供電 容易 高 較低 低 分散供電 不易 低 較高 高l利用冗余并機(jī)技術(shù)使設(shè)備避免了高發(fā)的單一故障點(diǎn)，確保了電源系統(tǒng)的最高可用性。l若其中的一個部分發(fā)生故障，它將自動脫離系統(tǒng)，而其它冗余部分仍會繼續(xù)給負(fù)載供電，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。單一故障點(diǎn)單一故障點(diǎn)單一故障點(diǎn)單一故障點(diǎn)冗余設(shè)計(jì)冗余設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：對設(shè)備的要求

9、低，方案實(shí)施簡單缺點(diǎn)：備份機(jī)階躍負(fù)載變化大，電流沖擊大優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載均擔(dān)，系統(tǒng)可靠缺點(diǎn)：有單一故障點(diǎn)，要求設(shè)備有同步并機(jī)能力優(yōu)點(diǎn)：不要求有雙機(jī)同步能力，對雙電源系統(tǒng)無單一故障點(diǎn)缺點(diǎn)：有九種失效可能，對單電源設(shè)備多了一重單一故障點(diǎn)，實(shí)際用效果有時(shí)不確定優(yōu)點(diǎn)：除單電源設(shè)備無單一故障點(diǎn)，失效可能降為兩種缺點(diǎn)：投資過大，系統(tǒng)效率過低并機(jī)雙總線供電系統(tǒng)并機(jī)雙總線供電系統(tǒng) 性能高度可靠，徹底堵塞傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的直供漏洞，系統(tǒng)可擴(kuò)充能力強(qiáng)，投資低廉，與傳統(tǒng)供電模式可良好兼容。 已申報(bào)國家專利，專利申報(bào)號200720175595.X 。一年斷電時(shí)間電源可靠性8.8h99.9%52.6min99.99%5.3min9

10、9.999%32s99.9999%l供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷 性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，合理確定設(shè)計(jì)方案。 l供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，做到遠(yuǎn)近期結(jié)合，以近期為主 。 l供電容量的確定l供電冗余形式的確定l平面布置UPS市電市電1市電市電2雙路供電加雙路供電加UPS高可靠性的供電系統(tǒng)：雙路供電、自備柴油發(fā)電機(jī)、ATS自動切換、雙路完全化UPS系統(tǒng)、PDU智能配電柜。ATS1柴油發(fā)電機(jī)ATS2市電1市電2模塊熱插拔冗余n+1UPS模塊熱插拔冗余n+1UPS服務(wù)器服務(wù)器單電源負(fù)載ATSPDU輸入配電柜輸入配電柜雙電源負(fù)載PDU某國際知名IT

11、公司高可性大功率UPS供電系統(tǒng)輸出配電柜輸出配電柜l提高單機(jī)的電源效率l提高單機(jī)的帶載率l減少諧波失真提高系統(tǒng)效率l諧波的危害諧波的危害l 使電源電壓畸變，電壓質(zhì)量下降，線損增大l使電機(jī)發(fā)熱（電流諧波增加銅耗，電壓諧波增加鐵耗），效率下降，COS減少l使電機(jī)震動增大，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，產(chǎn)生抖動l使電機(jī)噪音增大l高次諧波與電線電容諧振產(chǎn)生過電壓，危害絕緣強(qiáng)度，使之耐壓降低，以至造成過電壓擊穿（線路長時(shí)更危險(xiǎn)）l使電容器產(chǎn)生過熱，增加損耗，以至產(chǎn)生電擊穿或熱擊穿l使電路三相輸入電流不平衡度加大（最大時(shí)可差50%的線電流）l干擾計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常工作，使電子設(shè)備工作不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至無法工作或設(shè)置參數(shù)過大影響正

12、常工作 lUPS輸入電流諧波的危害輸入電流諧波的危害lUPS輸入電流諧波失真的危害不僅是對外網(wǎng)，還輸入電流諧波失真的危害不僅是對外網(wǎng)，還會沿著零線進(jìn)入會沿著零線進(jìn)入U(xiǎn)PS側(cè)引起零地電壓升高，威脅側(cè)引起零地電壓升高，威脅計(jì)算機(jī)安全計(jì)算機(jī)安全（案例）（案例）l高頻諧波引起電位升高 l諧波失真產(chǎn)生的原因諧波失真產(chǎn)生的原因l一般數(shù)據(jù)中心使用的一般數(shù)據(jù)中心使用的UPS，主要主電路是雙變換，主要主電路是雙變換形式，采用整流器、逆變器形式，采用整流器、逆變器“交直、直交交直、直交”的兩次轉(zhuǎn)換，而且是電壓型的，它的輸入具有整的兩次轉(zhuǎn)換，而且是電壓型的，它的輸入具有整流電路流電路l諧波失真發(fā)生在諧波失真發(fā)生在U

13、PS的整流器的整流器l整流器是UPS必不可少的組成部分 l為調(diào)壓可控硅整流只能斬掉一部分輸入電 流l最大缺點(diǎn)就是對電網(wǎng)的干擾問題 l增加整流器脈數(shù)（體積大）l加裝有源濾波器（耗電）l使用IGBT整流技術(shù)（最好）lIGBT整流技術(shù)l整流器利用高頻切換脈寬調(diào)制電流，達(dá)到正弦波式輸入電流的目的 輸入功率因數(shù)輸入諧波電流（對電網(wǎng)污染）無功損耗 輸入配置容量與發(fā)電機(jī)組功率匹配比輸入電壓范圍6脈沖整流（濾波器）0.650.8027%35%20%30%1:1.25 1:2.510%12脈沖整流（濾波器）0.800.9010%15%10%15%1:1.151:1.510%IGBT高頻整流0.993%1%1:1 1:1+15%30%l供電節(jié)能有很多種方式 l降低輸入電流諧波失真不但可以節(jié)能，而且可以增加系統(tǒng)的安全性 l降低輸入電流諧波失真的最好辦法是使用使用IGBT整流技術(shù)l實(shí)時(shí)監(jiān)測 l診斷故障 l應(yīng)急保護(hù) l自身維護(hù) l交換信息 l中文顯示l數(shù)字信號控制器（DSP） l數(shù)字化的霍兒傳