IDC機(jī)房UPS供電模式及供電需求分析

IDC機(jī)房建設(shè)中，動(dòng)力系統(tǒng)的建設(shè)無(wú)疑是其重中之重，各項(xiàng)業(yè)務(wù)的開展，各種服務(wù)器的穩(wěn)定工作，都離不開穩(wěn)定、可靠、不間斷的電力供給。本文簡(jiǎn)單探討IDC機(jī)房幾種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)的可行性等。

一、IDC機(jī)房對(duì)供電的需求有如下幾個(gè)特點(diǎn)

1、對(duì)供電要求高靠性

IDC面對(duì)的客戶一般都是企業(yè)級(jí)客戶，有的甚至為門戶網(wǎng)站，若負(fù)載中斷，IDC業(yè)務(wù)提供者，將會(huì)面臨巨大損失，因此對(duì)供電的可靠性要求很高。

2、負(fù)載容量大

IDC機(jī)房建設(shè)投入巨大，并且會(huì)考慮到未來(lái)幾年的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，因此其要能承接足夠大的業(yè)務(wù)量。一般一個(gè)機(jī)房約放置50-100個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架的負(fù)載量約為幾千瓦，因此一個(gè)機(jī)房的負(fù)載量約為幾百到上千千瓦，一個(gè)IDC中心可能建設(shè)多個(gè)機(jī)房。

3、相對(duì)集中的供電方式

為了分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又考慮到集中供電的方便管理性，一般按一個(gè)機(jī)房的負(fù)載容量來(lái)考慮，負(fù)載量約在幾百到上千千瓦。

4、對(duì)設(shè)備的諧波污染要求高

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能、環(huán)保的要求越來(lái)越高，電信運(yùn)營(yíng)商積極響應(yīng)，同時(shí)，IDC機(jī)房也是用電大戶，是供電單位的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，對(duì)諧波關(guān)注的程度高，這已經(jīng)是趨勢(shì)。

二、傳統(tǒng)的UPS供電解決方案

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備要求交流輸入電源，一般是與市電電源的電壓和頻率相同的電源，即220V，50Hz的單相交流電源。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備的電源系統(tǒng)是UPS系統(tǒng)， UPS系統(tǒng)一般由整流器、逆變器、蓄電池和靜態(tài)開關(guān)等組成，市電正常時(shí)，市電經(jīng)整流器變換為直流電供給逆變器，同時(shí)給蓄電池充電，逆變器將直流電變換為交流電供給負(fù)載。UPS本身故障時(shí)負(fù)載可經(jīng)靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換為旁路市電供電，市電長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，由備用發(fā)電機(jī)組供電。

雖然IDC機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備是單相供電，但功率越來(lái)越大，單相UPS功率不能做的很大，受到限制，解決的方法是用三相UPS供電，功率一般平均分到三相上，同時(shí)進(jìn)行UPS并機(jī)，解決其供電的可靠性。由于UPS最終通過逆變換流供電給數(shù)據(jù)設(shè)備，如果逆變與切換部分出現(xiàn)故障，電池不是直接給數(shù)據(jù)設(shè)備供電，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)設(shè)備中斷。

幾種常見的UPS供電模式

1、串聯(lián)熱備份

此種UPS供電方式消除了單點(diǎn)故障，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是其同一時(shí)間只有一臺(tái)UPS帶載，因此存在超載能力差、主備機(jī)老化不均等問題，目前已經(jīng)較少采用，系統(tǒng)圖見圖1：

2、并聯(lián)冗余

此種UPS供電方式，最大的好處是可以負(fù)載均分，其中任意一臺(tái)UPS故障，其被切離，UPS系統(tǒng)不用做任何切換，仍可工作在在線模式?？梢愿鶕?jù)負(fù)載量，通過增加UPS的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量擴(kuò)充。系統(tǒng)圖見圖2。

3、雙總線供電方式

此種UPS供電方式，其最大的特點(diǎn)是同時(shí)提供2路互不影響的供電母線，分別提供給雙電源負(fù)載，或者通過STS再提供給單電源負(fù)載。此方式也很好的消除了單點(diǎn)故障，但限于供電方案中又增加了LBS（同步控制）和STS（雙路切換），因此也增加了故障點(diǎn)。系統(tǒng)圖見圖3。

UPS供電方案的優(yōu)點(diǎn)：

技術(shù)方案成熟，目前在大量應(yīng)用。

交流輸出，不易拉弧。

UPS供電方案的缺點(diǎn)：

并機(jī)難度大，需電壓、頻率、相位同步。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，單點(diǎn)故障多

變換級(jí)數(shù)多，效率相對(duì)低

輸入諧波大，功率因數(shù)低

三、共用48V母線的混合系統(tǒng)解決方案

這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是直流負(fù)載和交流負(fù)載的電源系統(tǒng)都采用-48V母線作為輸入電源。在市電或整流器故障時(shí)，由于蓄電池與輸出母排是并聯(lián)的，所以-48V母線電源是不間斷的。直流負(fù)載由-48V母線直接供電，交流負(fù)載經(jīng)逆變器供電，即用-48V直流電源供電的逆變器代替了UPS。系統(tǒng)圖見圖4。

混合系統(tǒng)解決方案優(yōu)點(diǎn)：

技術(shù)成熟，48V電源是真正的不間斷電源，其輸出純凈，所以系統(tǒng)整體穩(wěn)定性有提高。不易拉弧，安全性高。

混合系統(tǒng)解決方案缺點(diǎn)：

在交流負(fù)載的電源鏈中增加了電源變換的次數(shù)，且電壓低，電流大，增加了損耗，降低了系統(tǒng)效率。這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)僅適用于交流負(fù)載為中小功率的情況。

四、整流型rAC高壓供電解決方案

以INTELEC 2001年發(fā)表的《新電信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的最佳新型供電》和2000年發(fā)表的《電信和數(shù)據(jù)通信融合的rAC供電技術(shù)的新研究》為代表，法國(guó)電信公司試用。rAC供電系統(tǒng)，類似傳統(tǒng)的48V直流電源系統(tǒng)中的直流母線由經(jīng)過整流的母線替代，實(shí)際上是脈動(dòng)的直流。系統(tǒng)由整流橋、高電壓蓄電池組、蓄電池開關(guān)、充電機(jī)等組成。這種rAC供電系統(tǒng)的輸入諧波電流抑制和功率因數(shù)需要補(bǔ)償，須在rAC母線上并聯(lián)連接諧波抑制器。系統(tǒng)圖見圖5。