创新型数据中心供电系统设计与规划的探讨

  对于执行安全、精准、短时延以及连续不断的数据处理与共享操作为主的数据中心而言,由于它们对”业务运行中断”的容忍度为零,宜选用Tier-4级的工频机UPS供电系统,A1级空调系统。典型应用行业为金融、民航、石化和军用等领域。

  对于执行海量存储、高速信息查询的分布式数据处理与共享操作为主的数据中心而言,由于能容忍偶发性或短暂性的业务中断,并追求利润最大化,宜选用Tier-3级、Tier-2级为主,Tier-4级为辅的高频机UPS/HVDC供电系统,A1或A2级空调系统。典型应用行业为BAT、电信及托管企业。

  对于执行超高速,超大容量的工程和科学计算的超算中心而言,由于允许执行“间断性”的运算,为了降低Capex,宜选用 Tier-2级UPS或Tier-0级的市电供电系统,A1级空调系统。

  对于既不允许出现“长时间的业务中断”和追求使用便利化、又面临维护能力较弱和地处偏远地区的局面的中、小用户,宜选用Tier-2级模块化UPS供电系统,A3或A4级空调系统。

  电气应用:目前,高频机UPS的应用逐渐增多,请问其与工频机UPS相比在可用性上有哪些区别?

  李成章:近年来,由于云计算、大数据及互联网+等市场需求的爆发式增长,在数据中心机房的UPS供电系统中,越来越多地选用高频机UPS供电系统的设计方案。推动此发展趋势的动力是:同工频机UPS产品相比,高频机UPS产品具有更高的效率(从94%提升到96%~97%),更高的输入功率因数(>0.99),更低的输入THDI(<3% ),更小的占地面积,更轻的重量,更低的生产成本等优势。

  对于采用升压型的IGBT整流设计方案的高频机UPS而言,为了提高它的效率,主要采取的技术措施有:

  1)去掉UPS逆变器中的损耗较大的内置”输出隔离变压器:,从而达到提高UPS效率的目的。

  2)提高UPS效率的另一技术措施是,对位于UPS的逆变器输出端的切换开关而言,采用基本”无压降”的接触器来取代存在2V左右”管压降”的SCR型的静态开关的方法。

  近年来,在各UPS生产厂商的共同努力下,通过不断地改进高频机UPS逆变器的SPWM的设计方案,从最初两电平的脉宽调制到三电平的脉宽调制,再到优化三电平或四电平的脉宽调制以及提高脉宽调制频率等技术措施,从而达到同时提高UPS的满载和轻载运行时的效率的目的。

  基于上述原因,近年来,提高UPS的效率逐渐变成各生产厂家和用户主要关注的重点。在此背景下,近年来高频机UPS效率的”提升速率”明显加快,成效显著。在此背景下,在高频机UPS供电系统设计与选用上、容易产生这样的误区。即:因过于重视追求高频机UPS的效率应更高,造价应更低而忽视更加提高产品的可靠性。

  对于高频机UPS的设计和应用而言,还可能存在另外的两个”误区”是:

  (1)各种高频机UPS都具备大致相同的可靠性;

  (2)对于“N+1”UPS冗余供电系统而言,它的总并机数量可不受限制地增加。

  与工频机UPS相比,高频机UPS其技术弱势主要表现为:(1)故障率相对较高;(2) 由于它的输入功率因数呈现电容性,从而导致发电机的设计容量配比必须增大。

  鉴于高频机UPS相对于工频机UPS可靠性较差,对于应用于金融、电力、军用、民航空管等关键数据中心机房而言,建议:优选工频机UPS产品。为说明工频机UPS与高频机UPS在金融IDC机房中,所呈现出的长期运行的稳定性和可靠性之间的差异,现举例说明如下:

  2014年5月,当给某金融机构供电的10KV高压电网出现停电事故时,位于该金融机构数据中心机房内的3×300 KVA高频机UPS并机系统中的1台UPS发生”炸机”故障,并导致并机系统出现”输出闪断”事故。相关的运行资料显示:这套高频机UPS并机系统仅运行1年多,就发生了灾难性的故障。相比之下,位于同一机房中的、由已分别运行16年和12年之久的由两组3×800 KVA工频机UPS并机系统所组成的2N型双总线输出供电系统却一直在正常运行。由此案例可以看出,对于因供电系统故障而诱发IDC瘫痪事故,并将可能会造成重大损失或重大负面社会影响的关键行业的数据中心机房而言,应尽量选用可靠性更高的工频机UPS供电系统。

  电气应用:针对高频机UPS在可靠性方面存在的劣势,生产厂商近期推出了2.0级高频机UPS,请您介绍一下2.0级高频机UPS相比于1.0级高频机UPS技术优势体现在哪些方面?