数据中心几种供电方式的探讨

作者:兰洋科技    浏览量:3479    时间:2023年10月26日    标签: 锂离子电池 UPS电源

1.锂电UPS 供电

配置最新技术的锂电UPS电池,储能技术储能密度大、储能效率高、对环境无危害,比传统的使用铅酸蓄电池的UPS在节能环保上有很大优势。UPS设备的能耗主要来自电源转换过程,新型UPS在正常工作时,流过整流逆变环节的电流很低,只需维持飞轮转速即可。传统UPS正常工作时,流过整理逆变环节的是额定电流。在满载状态下,传统UPS效率一般在94%左右,而新型UPS的效率在97%左右。另外,新型UPS在容量相当的情况下,比传统UPS节约一半的占地面积,并对建筑物的承重要求从传统UPS的16KN/m2降低至2KN/m2 。从建造数据中心的成本方面也带来了极大的经济效益。

但是,新型UPS的电源后备持续时间只有15s到60s,这给柴油发电机组快速启动提出了很高的要求,国家标准《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008规定,柴油发电机应在30s内启动并供电。可见国标对发电机的启动要求并没有在15s的“绝对安全时间”以内,这也是目前众多数据中心没有使用新型UPS的原因之一。另外,新型UPS的价格也是其应用不够广泛的重要原因,与传统铅酸蓄电池储能UPS相比,新型UPS的价格高出近2倍。现有国内外数据中心案例中,有些选择了双路冗余供电结构的其中一路应用新型UPS,而另一路使用传统UPS,以兼顾电源后备时间、投资成本与节能之间的平衡。

2.高压直流供电

所谓高压直流供电,是与通信行业48V直流系统相比而言的。与传统UPS相比,高压直流供电减少了一个逆变环节,对交流市电进行整流后直接给服务器设备供电,图3是其原理图。由于整个系统的元件减少,能耗随之降低,高压直流供电设备的效率在96%左右,同时系统的精简也带来可靠性的提高,设备体积、质量也随之降低,价格也比传统UPS降低50%左右。高压直流供电设备多为模块化设计,在建设初期可分批配置,运行中也可根据负载情况使部分模块处于休眠状态,达到提高整机效率的目的。

高压直流供电也有其缺点,电池直接接在输出主回路上,当电池进行充电时,主回路上的电压最高为282v,需要在建设初期充分考虑此时末端负载能否正常工作,也就是说高压直流供电对末端负载的兼容性要求较高。另外,虽然理论上开关电源可以正常接收240V直流电源的供电,但是否会对设备的稳定性和使用寿命造成影响仍需一定时间的检验,也是大多数业主对高压直流供电系统的担忧。

3.市电直接供电

由市电直接代替UPS供电供电是最直接有效的办法,没有了能量的两次转换也就没有了能量的浪费。对于大多数数据中心来说,为了保证其可用性的高要求,一般会采用双路供电结构,其中一路使用UPS供电时,另外一路就可以用市电直接供电。这种供电方式除了传统UPS外,还可以和新型UPS、240V高压直流等供电方式灵活组合,可进一步提高数据中心电源利用效率。

市电直供在电源效率上优势明显,但其缺点也是显而易见的。服务器的开关电源模块在整流过程中产生大量谐波,采用市电直供将会对电网造成严重的谐波污染,需要安装滤波器设备进行治理。另外市电直供与UPS供电相结合的方式,其系统整体可用性是否能够达到国际标准仍需进一步验证,目前IDC数据中心的租用者对此种供电方式的接受程度仍有待提高。

4.太阳能光伏供电

传统的太阳能光伏发电并网系统结构由光伏阵列、逆变器、滤波升压电路组成,通过对逆变器的控制达到并入电网的要求。

根据240V高压直流供电在数据中心的应用经验,可以将太阳能光伏直接引入数据中心的供电体系中使用。基于服务器可以直接接受直流供电,太阳能光伏发电系统也就无需使用逆变环节,又因为数据中心已经是末端用户,也就不存在并网的因素,省去了逆变器和滤波升压电路,仅需保持光伏阵列的输出电压稳定即可,成本和控制难度大大降低。因此数据中心在使用太阳能光伏发电系统时具有天然的优势。

由于太阳能光伏发电受环境因素影响较大,其电能输出往往难以满足数据中心对供电稳定性的要求,如果使用在双路供电结构中的其中一路上,当另外一路电源失效时,光伏发电无法承受整个数据中心的供电负荷,因此需要与240V直流供电系统结合使用。

光伏发电系统与240V直流供电系统并联使用,光伏阵列的输出电压应设置为240V,与高压直流设备同时为末端负载供电,可以降低数据中心电能费用。

此系统需要注意的两点是:第一,240V直流供电设备总容量需要满足全部负载的用电需求,在电源2失效时使用;第二,在电池充电过程中,输出主回路上的电压为282V,需要在光伏阵列一侧设置保护回路,防止电流逆流。

本文标题:数据中心几种供电方式的探讨

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