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数据中心机房UPS供电系统可靠性分析及应对策略

文章更新时间:2023-01-28 点击量:220

涂志燕

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 


摘要:广电数据中心机房UPS供电系统的可靠性问题包含较多的元素,电气专业人员在对供配电系统进行设计、策划、管控的过程中,需要根据数据中心的实际用电负荷完成多种结构设计,文中对数据中心机房设备分类及其供电基本特征进行了简要分析,对当前供配电系统可靠性的分配问题进行了细致阐述,并提出当前提高供配电系统UPS供电效率的重要举措,以提升整个系统运行的可靠性和稳定性。

关键词:数据中心;UPS;可靠性

0引言

供电系统的可靠性直接影响到广电数据中心机房设备的正常运转,涉及信息存储、节目录制采编传输、影音数据等生产质量和播出质量,为确保数据中心机房UPS供配电系统的运作更加科学、安全、可靠,在现阶段广电数据中心机房UPS供配电系统的布局规划管理工作中,电气专业技术人员需要开展顶层设计,明确各项技术指标、技术要素,结合精益化、精细化的管控措施,明确各项管理标准,对保障供配电系统正常运行尤为重要。

1数据中心机房设备分类及其供电特征分析

广电数据中心机房的电源设备分为单电源及其冗余电源设备,具体来说,单电源是指单一的电源模块,当数据中心机房设备存在供电问题时,通常是由于电源本身出现的故障问题所导致的,此时的机房设施将处于待机模式,而冗余电源设备主要是由多个电源模块所构成,此类设备也称为双电源设备,由多个电源来承担整个系统的供电负荷,如果电源模块组出现问题或无法正常供电时,剩余模块便能够提供相应的电源负载,保证设备正常供电。

2供配电系统可靠性的分配

通常情况下,在供配电系统中包含多个设备设施,如防雷器、电缆、开关、UPS、电池组、PDU以及各种连接件,每一个环节及其每一项设备须具备较高的可靠性和稳定性,才能发挥整个供配电系统应有的作用。

在对供配电系统可靠性进行分配管理的过程中,电气技术人员需要充分遵循短板控制原理,及整个系统的综合运行可靠性的高低通常取决于可靠性较低的某一个部件或某一个环节,所以在供配电系统可靠性的分配管理过程中,需要严格参照较低的那个环节完成资源分配、管理分配,以此才能采购发挥出整个系统应有的作用,例如在常见的10kVUPS输出端配置65A的断路器相对较为常见,同时在电子系统中,电气技术人员也需要保证各系统各环节连接牢靠,具体来说,由于常见的单相10kV额定电流为45A,考虑到增强系统20%的过载能力,通常会选取65A的开关来实现对系统的保护,如果在该环节存在特殊的要求则需要重新计算电流值大小,若盲目选用32A或100A的断路器,将不满足整个系统运行的需求,比如选择32A的断路器会面临频繁切断负载,若选用100A的断路器,会致使输出端短路而无法保护电源的情况出现,简而言之,如果对可靠性电流值大小的分配未满足系统设备的具体运作需求,则会导致整个系统出现拒动或误动的现象。

通过实地调研分析可以看出,在整个数据机房供配电系统可靠性的分配管理过程中,电气技术人员需要整合各项设备设施的综合可靠性数值,完成综合评价管控,比如在该环节需要分析系统防雷器的运作可靠性,电缆设施的运作可靠性,开关柜、发电机、UPS、电池组、PDU及其各项设备的运行可靠性,之后再将每个结构单元、结构部位的运行可靠性进行乘积运算,再通过特定的函数值的赋值分析,便能够得到整个系统最终的可靠性。

3供配电系统中UPS选择的原则分析

3.1选取高效率的设备

UPS作为供配电系统中的关键要素,在选取相关设备时,电气工程技术人员需要重点考量系统所具备的运行可靠性问题,同时考量相关设备的外部运行环境,尽可能控制设备高温问题,据统计显示,如果UPS设备温度升高,那么设备内部的电子零部件的活跃度将会翻倍,从而使得设备内部的元器件的使用寿命进一步衰减,因此管控UPS供配电系统内部的温度数值将能够提高设备运行的可靠性和稳定性,但是要想管控设备内部的温度,则需要对设备本身的功耗进行多方面的论证分析,简而言之,设备运行的功率并不是越低越好,同时也不是越高,要想发挥出设备更加优异的性能,技术人员需要考量整个系统的综合运行需求,完成对设备负载功率的合理设置。

具体来说,在常见的工频机和高频机两种UPS电路结构中,不同设备在输出端、输入端均具备不同的线性输入指标,同时两者也具备不同的功率因素,据统计显示,工频机的UPS比高频机UPS往往具备更大的功率损耗,同时两者也具备不同的造价。

此外,工频机UPS输入逆变器通常是采用的全桥电路,在实践应用层面,此类电路要想发挥工频UPS的实际性能,则需要适当的增加隔离变压器,而对于高频机UPS逆变器而言,此类设备通常采用半桥电路,因此针对此类设施的空间布局及其结构布局不需要借用变压器隔离便能够发挥出应有的作用。

3.2选择噪音低的设备

一般情况下,要想确保电源系统更加科学、高效、稳定地运作,电气技术人员需要严格管控设备的噪音,同时噪音过高也会导致设备操作环境变得过于复杂,使得操作者的情绪受到严重影响,从而导致工作人员的工作效率降低,甚至出现操作失误的情况。

但是由于工频机UPS输入电路破坏了原有的电压波形,会给其他设备造成相应的电磁干扰,同时电感和变压器在运行过程中也会产生出大量可闻噪音,从而使操作环境变得更加恶劣。

一般情况下,工频机往往结合10kHz左右的调制频率的使用,此类频率恰好在人耳可感知的频率范围内,从而使人员的工作环境受到严重干扰。

而高频机的工作调制频率通常设置在20kHz以上,而此类赫磁频率往往在人耳感应范围之外,从而可以保障相关工作人员的工作环境相对较为安静。

因此从供电可靠性的层面进行分析可以看出,选取适当调制频率的设备至关重要,当前20kHz以上的高频机UPS供电设备在数据中心机房中的使用相对较为常见。

总体来说,在对供配电系统UPS进行选取选用的过程中,工程师及技术人员需要考虑整个系统的综合功率消耗,同时还需要考虑整个系统的噪音等级,以此才能够提高整个系统的综合运行效率。

4安科瑞动环监控系统介绍设备选型

4.1电力监控解决方案

       电力监控系统实现对数据中心中低压配电系统、UPS、蓄电池组、ATS/STS、精密配电柜、电源支路电流、PDU机柜电源以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能,实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患,快速排除故障,提高数据中心供电可靠性。


4.2电力监控系统设备选型




5总结

       总体来说,在对广电数据中心机房UPS供电系统的可靠性问题进行探究探讨的过程中,电力工程技术人员需要根据当前、10kv供电系统的实际运行情况、运行特征,完善各项基础设施,并且革新现有的供电系统,提高整个体系的供电效率。

【参考文献】 

【1】数据中心动力和环境监控系统,黄河水利委员会信息中心赵凯.景云.贾楠[1] 曾显达, 徐华锋.数据中心UPS供电系统中并机台数与可靠性的关系分析[J].数据中心建设+,2021(7):25-28. 

【2】高岩丛.数据中心不间断电源系统分析对比[J].长江信息通信,2021,34(10):163-165. 

【3】李季.广电数据中心机房UPS供电系统可靠性分析.

【4】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版