针对绿色数据中心提出的分布式电源后备电源解决方案应用与探讨

摘要：数据中心电源系统传统不间断供电系统存在的缺陷，提出并论证分布式电源方案应用的可行性，最后对分布式电源解决方案应用推广前景进行展望。

1 引言

随着互联网、物联网、云计算和大数据产业的加速发展,我国数据中心产业也进入了大规模的规划建设阶段。2010年我国数据中心总量已超过50万个,市场总规模达到92亿美元,该市场在2010年至2015年仍保持两位数的增长率,2015年该市场规模达到约157亿美元(见图1)。

目前大多数数据中心存在能耗较高,年耗电量超过全社会用电量的1.5%,电能使用效率(PUE)仍大于2.2,与国际先进水平相比有较大差距,节能潜力巨大。同时数据中心产生大量的温室气体排放,消耗大量的水资源,其设备废弃后造成较大污染,给资源和环境带来巨大挑战。

2 传统通信机房“光进铜退”现状

随着传统语音短信业务受到OTT(OverTheTop)的冲击以及数据业务的快速崛起,运营商也将锚点抛向IDC业务。互联网行业爆发式增长、政府服务外包以及智慧城市等建设将给IDC服务行业未来几年的发展带来更广阔的前景。预计到2016年,国内IDC市场规模将达548亿元,年均增速超过30%。近年来,通信网络技术的发展对“宽带中国”战略的实施奠定了基础,国内电信运营商已全面启动全光网络建设,传统的PSTN交换设备逐步被NGN软交换和IMS替代,新设备的交换能力大幅提升,需要占据的空间减少,整改过后腾出的大量的通信机房数量较多、分布全国各地,为运营商IDC的建设提供了场地优势。加之利用自身网络带宽优势,运营商依然会在IDC市场上占据主导地位。

目前大部分IDC机房主要采用传统UPS进行集中供电,数据中心需要独立的电力电池室,集中给机房内的设备供电。随着数值中心规模扩大,供电负荷不断上升,需要安装多套大容量的不间断电源系统,从而导致电力电池室的占地面积越来越大,机房的有效使用面积越来越小。重资产的投入以及廉价租金也为IDC建设带来了很大阻碍,运营商如何减少初始投资、快速部署实现盈利和降低运营成本等问题面临诸多挑战。

3 分布式电源的供电原理及优势

(1)供电原理

针对传统数据中心的UPS在IDC建设、应用及维护过程中遇到的问题,提出对应设计一款分布式机房电源——一种以磷酸铁锂电池为后备电源的分布式电源设备。该电源设备可以很方便地直接安装在标准19英寸服务器机柜内,柜底部不超过2U空间位置,支持双路市电输入,后备时间1h左右。最大特点是分布式供电,无需为该供电系统建设独立的电力电池室,而且安装维护方便,很适合运营商的IDC机房改造和中小型数据中心机房使用。如图2所示。

分布式电源针对每一个机柜单独提供后备电源,在市电正常情况下,分布式电源向服务器输出交流电;当市电不正常或中断时,分布式电源切换到电池供电状态,通过磷酸铁锂电池箱输出220Vac电源,切换时间小于10ms,不会导致服务器闪断,从而保证设备的不间断供电,如图3所示。

　　(2)性能特点

①输入功率因数达0.99以上无需外加任何滤波器,在各种线性或非线性、平衡与非平衡负载情况下,输入功率因数达0.99以上。大大降低了输入无功损耗,节约了运行费用。

②用DSP技术的高性能机器

采用先进的DSP芯片,高速实时检测控制整流模块和逆变模块的工作状况,同微型计算机监控系统一起共同实现全数字控制技术。在生产调测时,将设备的各种元器件内置电气参数预置在ROM中,消除了可调器件因运输震动和老化产生漂移的隐患。

③操作简单,“一键开机”

操作显示面板内容简洁,按键功能标示明确,真正做到“傻瓜”式操作面板,同时逆变开机也可以直接通过“ON”键即可完成。

④标准机器与长效机器电池箱一体化设计

标准19英寸机架式设计,可十分方便地安装在标准机柜内使用。

⑤ECO模式提供节能效果

在经济运行模式下,当输入市电在固定范围内,直接由输入市电向负载提供能量,逆变处于等待状态;当输入市电异常时,立即转为逆变供电。

ECO运行模式可高效节能,效率不低于98%,降低用户使用成本。

⑥快速安装、维护体积小,重量轻,调试维护简单,配置灵活,可直接整机嵌入式安装。

(3)优势

相对于传统UPS供电系统,分布式电源可靠性更高,故障发生时能够降低故障范围,同时供电距离缩短,回路阻抗降低,磷酸铁锂电池放电性能可以得到充分发挥,电缆的线径将成倍减小,成本大大降低,可根据用电设备的不同要求及后备时间,合理配置电源。另外,采用分布式电源还可以提高资金利用率,具有快速部署、灵活配置的特点,用多少建多少,无需一次投入,可以避免浪费,避免电池控制的寿命损耗及电源系统空置的折旧损耗。

另外传统不间断电源到货周期长,安装调试复杂;分布式电源可以实现快速部署,安装和配套方式灵活,适用于一些工期紧迫项目作为应急部署。对于老机房或者非IDC建筑机房,分布式电源改造要求低,承重要求少,机房可灵活选址。

4 分布电源和传统不间断电源解决方案对比(见表1)

5 结束语

数据中心的快速发展对用电设备的供电质量及建设提出更高的要求,分布式电源的出现，是对传统UPS供电技术的探索和创新，能够彻底解决传统模式建筑中电源容量不足、电源利用率低，改造困难等问题，最大程度降低数据中心的建设成本和运营成本。目前，国内分布式电源技术越来越成熟，相关产品性能及稳定性经过市场的验证，相信有越来越多电源厂家对数据中心电源提出创新电源解决方案，产品标准和建设规范随之完善，将在数据中心、运营商和医疗等行业获得越来越广泛地应用。

本文转自d1net（转载）