數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)架構(gòu)及分類
典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)由中壓配電、變壓器、低壓配電、不間斷電源、末端配電以及發(fā)電機組等設(shè)備組成,其中UPS的主要作用是在市電電源中斷、發(fā)電機啟動之前,確保所帶負載的持續(xù)供電。
發(fā)電機組的主要作用是市電中斷時立即啟動為負載提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。UptimeInstitute是一個國際公認的組織,它對如何設(shè)計數(shù)據(jù)中心設(shè)施進行了規(guī)定和認證。它根據(jù)數(shù)據(jù)中心的可用性分為四個等級：TierⅠ(基本型)、TierⅡ(部分冗余型)、TierⅢ(可同時維護型)和TierⅣ(故障容錯型)。數(shù)據(jù)中心所擁有的提供持續(xù)電源和應(yīng)急電源的設(shè)備數(shù)量是決定它們屬于哪一等級的重要因素。具體分類如表1所示。
數(shù)據(jù)中心對發(fā)電機組的要求
數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率(DCC)在柴油發(fā)電機組行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用持續(xù)增長。DCC應(yīng)用作為數(shù)據(jù)處理中心(DPCs)電源的一種可替代電源,它的特性使它能滿足數(shù)據(jù)中心設(shè)施對可靠性和可用性的需求。
Uptime Institute規(guī)定應(yīng)急電源需滿足TierⅠ或TierⅡ,替代電源需滿足TierⅢ或TierⅣ要求。要被認為是可替代電源,并滿足Uptime Institute Tier Ⅲ和Tier Ⅳ的要求,則該發(fā)電機組必須在主電源發(fā)生故障時能提供持續(xù)電力。這意味著發(fā)電機組容量能在要求的負荷水平下提供持續(xù)電力而不受時間限制。可以從以下幾個方面來選擇最適合
數(shù)據(jù)中心項目的發(fā)電機組：
1、主電網(wǎng)的可靠性、數(shù)據(jù)中心所存數(shù)據(jù)的敏感度
如果主電網(wǎng)足夠可靠,或數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)敏感性要求較低,或不嚴格要求數(shù)據(jù)的實時可讀取性,那么數(shù)據(jù)中心設(shè)施的有效性百分比將降低,它們會被歸類為Uptime Institute Tier I或Tier II.這時會根據(jù)發(fā)電機組的備用功率來選擇發(fā)電機組作為備用電源,以減少安裝費用。
2、發(fā)動機及發(fā)電機的選擇
作為電力供應(yīng)的動力源,發(fā)動機的重要性不言而喻；不但要考慮通用的環(huán)境因素(溫度、海拔)、啟動冗余(雙啟動馬達、雙啟動蓄電池,或氣動、彈簧啟動)、通風(fēng)散熱、發(fā)動機水加熱等；還要結(jié)合數(shù)據(jù)中心的要求來選擇發(fā)動機及發(fā)電機。發(fā)電機組行業(yè)主要的發(fā)動機制造商新發(fā)布了一個新的功率定義——數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率(DCC)。
發(fā)動機生產(chǎn)商用DCC定義來保證發(fā)動機運行不受時間和平均功率百分比限制。發(fā)電機組的連續(xù)負載能力、可靠性、突加載能力是最核心的要求。
3、智能冗余控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)作為發(fā)電機組運行的大腦,肩負著自動開關(guān)機、同步并聯(lián)帶載、負載分配(有功、無功功率均分)、功率管理、保護、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｋ钥刂葡到y(tǒng)要做到充分可靠及冗余控制(控制冗余、通訊冗余)。
發(fā)電機組冗余控制及案例分析
冗余控制器是一種熱備份的應(yīng)用,防止系統(tǒng)崩潰導(dǎo)致機組不能正常運行,在實際應(yīng)用中當用主控制器出現(xiàn)故障時備份控制器可以無縫接替主用控制器的當前工作狀態(tài),確保系統(tǒng)高可靠運行。
冗余控制的重點在輸出信號、輸入信號以及參數(shù)設(shè)定；冗余系統(tǒng)中的主、備用控制器通過CAN總線通訊；備用控制器通過CAN總線周期性的向主用控制器發(fā)送信息,以評估主用控制器的狀態(tài)。當主用控制器出現(xiàn)問題時,備用控制器會通過二進制輸出點來控制外接繼電器,瞬間將主用控制器的輸出信號切換到備用控制器的輸出口上,主用控制器故障到備用控制器投入時間最多200ms。
圖1是冗余系統(tǒng)中主、備控制器間的接線舉例,當備用控制器通過CAN總線接收不到主控制器的應(yīng)答信號,BO輸出,控制K-FD繼電器動作,觸發(fā)“應(yīng)急手動”輸入口狀態(tài)切換,實現(xiàn)主用、備用控制器之間的轉(zhuǎn)換。
圖2所示是某數(shù)據(jù)中心發(fā)電機組冗余控制的典型系統(tǒng)框圖,主、備控制器(HGM8151發(fā)電機組并聯(lián)控制器)通過CAN總線交互信息。信號部分需要獨立接線的有：開關(guān)量輸入、繼電器輸出、交流電壓、交流電流、轉(zhuǎn)速傳感器。需要通過切換的I/O信號有：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(GOV)控制信號輸出、電壓調(diào)節(jié)(AVR)控制信號輸出、模擬量輸入等。鑒于模擬量信號是兩個控制器間切換監(jiān)控的,所以模擬量信號的保護需要在主、備控制器中設(shè)置保護時間延時。
結(jié)束語
END
數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)越敏感,就越需要可靠的電力設(shè)施為設(shè)備提供持續(xù)電力。由于發(fā)電機組是構(gòu)成這類設(shè)施的一個基礎(chǔ)部分,所以在選擇數(shù)據(jù)中心發(fā)電機組時要依據(jù)Uptime Institute制定的標準來選擇,依據(jù)備用功率來設(shè)計容量大小時,需滿足TierI和Tier II要求；滿足Tier III和Tier IV的要求,發(fā)電機組則必須依據(jù)它的DCC功率來選擇容量。同時發(fā)電機組智能控制系統(tǒng)需具有熱備份、冗余控制功能,確保供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。
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