IDC機(jī)房建設(shè)之供電模式與解決方案

       一、IDC機(jī)房建設(shè)對供電的需求有如下幾個(gè)特點(diǎn)

  1、對供電要求高靠性

  IDC面對的客戶一般都是企業(yè)級客戶，有的甚至為門戶網(wǎng)站，若負(fù)載中斷，IDC業(yè)務(wù)提供者，將會面臨巨大損失，因此對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，并且會考慮到未來幾年的業(yè)務(wù)增長，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)載容量來考慮，負(fù)載量約在幾百到上千千瓦。

  4、對設(shè)備的諧波污染要求高

  隨著對節(jié)能、環(huán)保的要求越來越高，電信運(yùn)營商積極響應(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)注對象，對諧波關(guān)注的程度高，這已經(jīng)是趨勢。

  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，市電長時(shí)間停電時(shí)，由備用發(fā)電機(jī)組供電。

  雖然IDC機(jī)房內(nèi)的設(shè)備是單相供電，但功率越來越大，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)簡單，但是其同一時(shí)間只有一臺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。

  2、并聯(lián)冗余

  此種UPS供電方式的好處是可以負(fù)載均分，其中任意一臺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。

  3、雙總線供電方式

  此種UPS供電方式，其特點(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)。

  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

  變換級數(shù)多，速度相對低

  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。

  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)速度。

  這種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只適用于交流負(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》為例，法國電信公司試用。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。

  rAC高壓供電解決方案的優(yōu)點(diǎn)：

  在整個(gè)供電電路中只有一個(gè)變換級，損耗??；蓄電池充電機(jī)只用于給蓄電池離線充電，因此容量較小，成本低。rAC高壓供電解決方案的缺點(diǎn)：

  采用用電壓較高， 安全標(biāo)準(zhǔn)要求高;采用單體蓄電池?cái)?shù)量較多，要求進(jìn)行更嚴(yán)格蓄電池管理。

  五、高壓直流供電的可行性探討

  數(shù)據(jù)設(shè)備內(nèi)部電源狀況是計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器、打印機(jī)等電氣設(shè)備的內(nèi)部電源都是開關(guān)電源，將輸入的交流220V先整流、濾波成直流300V后，再通過電源開關(guān)管和開關(guān)變壓器降壓、穩(wěn)壓成低壓，為各部分提供電源。一般交流電壓在110-250V之間，通過整流、濾波后直流電壓為150V-340V之間。因此，給這些設(shè)備輸入一個(gè)150V-340V直流電壓，設(shè)備是可以正常工作的。綜合考慮， 額定電壓在228V～280V(后備12V電池19只或20只)范圍內(nèi)直流電通過橋式整流電路、濾波后，仍是直流228V～280V，在150V-340V之間，因此開關(guān)電源仍能正常工作，目前的實(shí)驗(yàn)證明數(shù)據(jù)設(shè)備輸入DC270V左右時(shí)比較好。

  六、高電壓直流供電系統(tǒng)解決方案一

  高電壓直流供方案一的交流輸入、整流電路和蓄電池、充電機(jī)與rAC供電系統(tǒng)是相同的。不同的是rAC供電系統(tǒng)將rAC直接供到集中的大功率DC/DC變換器，再其變換為穩(wěn)定的高壓DC270V。日本NTT公司試驗(yàn)了此系統(tǒng)。如果交流輸入電源故障，由蓄電池經(jīng)直流開關(guān)和大功率DC/DC變換器供給負(fù)載設(shè)備270V直流電。

  此種電源系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

  可靠性高，在負(fù)載設(shè)備的功率較大時(shí)更為突出;成本低;

  此種電源系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

  采用單體大功率DC/DC，電壓高，電流大，要求較高的安全標(biāo)準(zhǔn);采用蓄電池?cái)?shù)量多，要求進(jìn)行更嚴(yán)格蓄電池管理。

  七、高壓直流供電系統(tǒng)解決方案二

  此方案是目前國內(nèi)電信運(yùn)營商在IDC機(jī)房改善供電的試用電源系統(tǒng)早鹽城電信為例，現(xiàn)在一些電信分公司與移動(dòng)分公司均有試用。與傳統(tǒng)48V供電系統(tǒng)類似，是由多個(gè)并聯(lián)冗余整流器和蓄電池組成的。在正常情況下，整流器將市電變換為270V直流電，供給電信設(shè)備，同時(shí)給蓄電池充電。市電停電時(shí)，由蓄電池放電為電信設(shè)備供電。長時(shí)間市電停電時(shí)，由備用發(fā)電機(jī)組供電。與傳統(tǒng)的-48V直流電源系統(tǒng)的一樣，蓄電池備用時(shí)間為1～24h，典型的蓄電池備用時(shí)間為1～3h。此高壓直流電源系統(tǒng)，在試用中優(yōu)勢得到較充分的體現(xiàn)。

  此種供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

  可靠性：電源模塊化輸出和電池直接并聯(lián)給負(fù)載供電，電池直接并聯(lián)到輸出母線上，母線電源是不間斷的。采用分級分布式控制，整流模塊和CSU故障時(shí)各自單獨(dú)控制，避免故障擴(kuò)散。

  易維護(hù)：并機(jī)容易，電源模塊化設(shè)計(jì)，支持帶電熱插拔，更換方便，采用分級分布式控制，整流模塊和CSU可各自單獨(dú)控制，便于維護(hù)。

  智能化管理：此系統(tǒng)與傳統(tǒng)48V直流電源系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)管理采用智能化管理模式;對電池部分管理完善，更好地延長了電池的使用壽命。

  無諧波干擾、易擴(kuò)容：對于計(jì)算機(jī)和服務(wù)器來說，采用直流輸入，不再存在相位和頻率的問題，多機(jī)并聯(lián)變得簡單易行，無諧波干擾。

  安全性：采用標(biāo)準(zhǔn)電氣柜，對分路輸出和母線的絕緣狀況可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，安全性高。

  性價(jià)比：同樣容量的系統(tǒng)，高壓直流電源系統(tǒng)由于采用N+1模式，投資低，性價(jià)比高。

  此種供電系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

  此供電系統(tǒng)要求直流元器件;對器件滅弧要求高;由于電壓高，無過零點(diǎn)，對安全性要求高。

  八、高壓直流供電系統(tǒng)解決方案三

  高電壓直流供電系統(tǒng)方案三與方案二供電系統(tǒng)是類似的，所不同的是，方案三供電系統(tǒng)增加升壓電路，將直流輸出電壓提高到400V(此種類似的供電系統(tǒng)在移動(dòng)公司有實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，直流電壓350V)。是針對專門的高壓服務(wù)器電源，目前此服務(wù)器尚在研制之中，由于系統(tǒng)輸出電壓高，對目前大量在使用的服務(wù)器有些是不可用的，但由于某些優(yōu)點(diǎn)突出，可能成為未來的一種發(fā)展的趨勢。

  此方案供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

  模塊化供電，電池直接連接負(fù)載，母線電源不間斷；節(jié)能；輸出為直流無率因數(shù)與諧波問題，具備負(fù)載能力；供電電纜極其細(xì)，節(jié)省成本與空間。

  此方案供電系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

  故障的安裝拆除易造成拉弧;對安全的要求高，器件的要求也高。

  結(jié)論

  電信技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了電源設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，高電壓直流供電系統(tǒng)方案二與方案三因?yàn)槠淇煽啃愿?，特別適用于設(shè)備功率較大的場合的IDC機(jī)房供電。方案二適合于目前的服務(wù)器，也是目前IDC機(jī)房供電的改造相對適合的方案，方案三可能是一種IDC機(jī)房設(shè)備供電的發(fā)展趨勢。IDC機(jī)房比較好的供電系統(tǒng)到底是什么，還值得深入探討與研究，總會找到一種適合的方案。

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