随着数据中心的蓬勃发展,日益增长的能耗越来越受到业界的关注。美国,联邦首席信息官维韦克孔德劳表示,美国联邦的服务器和数据中心在2006年总共消耗了60亿千瓦时,如果技术没有根本改变,到2012年将消耗120亿千瓦时。数据中心的成本、效率和可持续性受到了严峻挑战。上海UPS不间断电源作为数据中心的主要电源供应设备,对于节能的要求越来越高.
近年来,中国数据中心的发展进入了黄金时代。如何降低数据中心的成本、能耗、提高效率,使其可持续发展?借鉴美国数据中心近年来推广的新型连续电源集成系统的经验,与国内专家、同行共同探讨。
1系统的工作模式和特点
数据中心解决方案是基于UPS、发电机及其并联转换控制柜的持续电源集成系统。它是一个具有2MW节点的可扩展系统,并配备了“N 1”冗余来代替不间断电源和发电机。近年来,它在美国得到了普偏的应用(亚特兰大, 佐治亚州的比如数据中心和库尔佩珀的特雷马克数据中心,弗吉尼亚州)。
我们先来看看2MW连续供电节点(见图1)。
图1 2MW连续供电节点单线示意图(原件)
数据中心有两种市电供电方式,经过市电源开关与低压母线相连市电开关在两种市电之间切换。一台2250千瓦备用发电机通过并联变频控制柜与低压母线连接。低压母线向两台1000kW UPS提供正常市电源输入,数据中心关键负荷与飞轮UPS输出配电柜连接,获得不间断、连续供电。UPS旁路也接同一个低压母线当市电正常时, UPS为负载提供9种电源故障保护,并调节输入功率因数和抵消谐波(类似于有源滤波器)。当两个市电都有故障时, UPS会持续给负载供电,然后发电机启动,6s内达到额定电压和频率,接低压母线,用UPS完成负载过渡,10s内给UPS充电,足够飞轮满负荷放电15s。当市电源恢复后,发电机在热备份5分钟后停止。图1左侧是相同规格的替换发电机和不间断电源。当节点中的任何一台发电机或UPS需要维护时,更换的发电机和UPS将投入运行,以保证系统的正常运行。同时,系统配备了假负荷测试系统,可以定期测试系统中的任意一台发电机和UPS,保证系统的可用性。
单个节点可能没有什么特别之处。这个系统更大的特点就是当数据中心需要4MW的持续供电,需要扩容时,通过增加一个节点就可以轻松实现(见图2,右侧增加一个节点)。注:每个节点的低压母线是单独的,因此避免了系统扩展时低压并联产生的母线电流。图2 4MW连续供电系统(原图)
2 10MW连续供电系统的组成及优点
利用这种节点扩展的设计理念,可以方便地构建一个10MW的连续供电系统(见图3和图4),11台1000kW UPS、6台2250kW发电机、三排控制柜和一排市电变压器柜。为了节省数据中心的机房面积,6台发电机为静音集装箱式,布置在楼外。
图3 10MW连续供电系统的机房区域
图4 10MW连续供电系统机房示意图
当然,这个集成系统的好处远不单单是减少机房的占地面积,它的好处主要在于:
(1)无电池的储能UPS(见图5)从根本上节省了用户对电池的投入,包括在恒温恒湿,配置了专门的电池室,以及复杂的电池监控系统来监控每个电池的状态和寿命。况且电池每3 ~ 4年更换一次,往往电池实际使用寿命达不到设计寿命。
图5 1000千伏安不间断电源外观
(2)能耗的降低,一方面体现在UPS效率的提高。这种在线互动UPS的效率高达98%,比传统在线双转换UPS的效率高出4% ~ 5%。724不间断运行,每年可节约400万kWh(假设负荷为10MW);另一方面节省了空调系统维护蓄电池室恒温恒湿的电费,预计每年可节约200万kWh。
3结论
因此,节能、高效、无电池、低维护的上海UPS不间断电源供电综合系统值得相关用户应用和推广,以降低数据中心的能耗和维护成本。