数据中心供配电方案-台达

数据中心的供配电设计中达电通股份有限公司关键基础架构产品开发处高级产品经理李南Confidential议题数据中心供配电系统的概念/综述-交流输入系统-UPS不断电供电系统-负载机架配电系统数据中心供配电系统中的重点问题-规划设计阶段的重点问题-交流供电系统重点问题-UPS系统中的重点问题-机架配电中的重点问题数据中心供配电系统设计理念的发展与变化Confidential概念/综述负载机架配电系统交流输入系统空调制冷系统及其它用电设备UPS供电系统Confidential交流输入系统市电输入油机输入交流输入切换开关柜低压配电防雷系统ConfidentialUPS不断电供电系统UPS输入配电柜UPS输出配电柜UPS系统Confidential负载机架配电系统区域配电柜列头柜机架PDUConfidential数据中心供配电系统的问题•规划设计阶段-过渡规划的问题-方案=设备？-设备选用追求高指标？•交流输入系统-可控制的自用能源的重要性-空调输入冗余的重要性•UPS系统-双总线的问题-谐波干扰的问题-可修复性的问题-电池的后备时间问题•机架配电系统-单电源负载供电的问题-电源管理的问题Confidential规划设计阶段的问题•过度规划的问题•供电系统普遍存在过度规划和设备利用率低下的问题在首次装机时预计负载量只是设计容量的30%而实际负载量又只是预计负载量的30%。最初装机运行时，UPS的实际负载量仅为9%左右。随着业务的发展，用电设备逐年增加，在第5年时预计负载量增加到设计容量的80%左右，而实际负载量只达到设计容量的28%。Confidential规划设计阶段的问题•数据中心供配电系统的规划是重中之重，需要按照规范的流程进行规划设计•功率容量•预算范围•扩展计划•关键功能•总体效率•IT需要；需求目标基础物理设施规划确定用户要求项目与工程设计•可用性等级•相应的供电方案；•选择性倾向•约束条件•预算•升级策略•可用性级别•效率•能源利用•编制设计标书•详细的工程化的建筑设计资料•方案规划不等于设备选型Confidential规划设计阶段的问题•设备选用上过高的追求性能指标智能管理通讯功能满足负载供电要求适应机房物理环境和安装条件可靠性高、输出能力强、智能管理通讯功能负载被污染的终端电网满足负载供电要求适应电网环境适应电网环境不污染电网不污染电网适应机房物理环境和安装条件系统配置能力：阻抗匹配、电磁兼容、规范连接、可变更、可扩容系统配置能力：阻抗匹配、电磁兼容、规范连接、可变更、可扩容可靠性高、输出能力强、可迅速修复，可用性高、UPS的基本功能要求Confidential设备选用过高的追求性能指标•UPS性能指标选用标准与实际负载需求比较性能指标选用要求计算机类负载的要求电压稳定精度±1%+15%，-20%+20%，-35%波形失真度〈5%有效值峰值变化=稳压精度范围频率变化范围0.5%+200%/-10%市电掉电时转换时间（ms）020过高的要求性能指标，却忽略了对系统关键功能的关注：输出能力，抗干扰能力和对电网的适应能力及效率等。任何电性能的提高都要付出成本和可靠性为代价，最终受损害的是使用者自己。Confidential交流输入系统•输入供电的冗余配置–可控制自用能源的重要性•冗余系统成为当代数据中心交流输入必备的功能•自备发电机是最理想的交流输入备用能源•自备发电机是数据中心供电系统的一部分Confidential交流输入系统•输入供电的冗余配置-空调系统输入配电的重要性交流供电UPS供电系统空调冷却系统交流供电的重要负载就是UPS系统与空调系统，对于IT设备来说，这两个系统是提供其“生命线”的保障IT设备Confidential输入供电的冗余配置-空调系统输入配电的重要性UPS系统Confidential输入供电的冗余配置-空调系统输入配电的重要性＊制冷设备停止运行后，经60S机房温度就上升到机房允许最高温度25℃，3.5分钟后就上升到IT设备允许最高进风温度32℃。＊断电或空调制冷系统故障而失去制冷功能后，IT系统只能继续运行3.5分钟。32℃失去制冷后，机房温升变化Confidential输入供电的冗余配置-空调系统输入配电的重要性ConfidentialUPS系统方案•双总线的问题配电3A1配电4A1负载STS配电1A1UPS1AUUPS2.1AU2.1UPS2AU配电2A1市电1市电2油机配电1配电2UPS1UPS2配电4总线同步器UPS1.2AU1.2配电3ATS1ATS2ATS3总线同步器A3STS的转换时间1当输入电压完全同步，且带电阻性负载时，转换时间为零2以下两种情况存在着不确定的转换时间(在线测试)输入电压不同步输出带感性或容性负载（输出电压电流不同相）3输入电压不同步,在一路掉电的情况下,转换时间10ms传统的双总线系统存在着单路径故障点Confidential相位差103°间断18.2ms相位差30°间断3.0ms相位差65°间断12.6ms相位差92°间断13.2msConfidential最高可用级别的双总线系统市电1市电2油机ATS2ATS3配电1配电2UPS1UPS2配电3配电4双电源90%机架ATS单电源10%完全隔离防火、防灾、防战争ATS1Confidential供电系统中谐波干扰的问题•谐波的定义：-基波——指频率为f的正弦波；-谐波——指频率为kfHZ正整数倍的正弦波。•谐波的产生：-非线性负载在交流电路中需要消耗谐波电流；-电网由于存在阻抗，提供谐波电流的同时，电压波形也会产生失真。Confidential数据中心中存在的谐波谐波的类型:单相输入整流器输入电流市电输入（a）单相输入整流电流波形输入电流6脉冲整流器市电输入（b）6脉冲输入整流电流波形12脉冲整流器市电输入输入电流（c）12脉冲输入整流电流波形PFC校正输入电流市电输入（d）PFC（高频）输入整流电流波形Confidential谐波在系统中的影响与危害1、谐波形成无功功率2、谐波电流是UPS输入功率因数低的主要原因3、输入功率因数低降低了电能利用率和系统效率4、电流峰值因数对供电设备和传输导线容量的影响5、系统自污染6、对系统污染7、系统匹配问题Confidential可修复性问题供电系统中的薄弱环节业界公认，作为供电系统保障的UPS，是整个系统中最薄弱的环节来自IEEE金皮书的数据MTBF虽然科学，但不可计量；MTBF为10年的设备，也可能在运行第一周就发生故障Confidential可修复性问题从Reliability到Availability可用性衡量系統提供持续服务的能力可用性的两大要素：MTBF（MeanTimeBetweenFailure）平均无故障時間，它越長表示系統可靠性越高MTTR（MeanTimeToRepair）平均修复時間，它越短表示系統越快修复因此越好Confidential可修复性问题25快速修复性设计，有效缩短UPS系统的维修/维护时间，提高系統的可用性传统UPS叫修HIFTUPS热插拔更换确认损坏模块确认故障点与维修方法等候维修中心回复进行修复维修零件下单与运送热插拔Confidential可修复性问题不仅仅是最小的MTTR•普通UPS与HIFTUPS维修时间的比较普通电源系统模块化电源系统更长且不确定的修复时间更短且可确定的修复时间经验式的故障判断标准化的模块更换非标准化的现场维修标准化的返场维修•模块化电源系统最大的贡献在于可以精确的计算系统修复时间，每一个环节，每一个步骤都是可以规划•如果不可以规划，为了避免规划中不确定因素，需要很多额外的投资降低“再发生故障率”500~2000倍ConfidentialUPS后备时间问题•客户的误解“我的UPS备用电池容量很大，所以我的供电系统是不会停电的”输入配电AC/DC输出配电负载UPSDC/AC备用电池第一，在UPS系统中，电池不能直接保护负载。系统的可靠性都取决于UPS系统ConfidentialUPS后备时间问题客户的误解“我的UPS备用电池容量很大，所以我的供电系统是不会停电的”第二，电池的后备时间无法保证用于大于市电故障UPS电池备用电池的供电时间只要超过柴油发电机正常启动时间即可ConfidentialUPS后备时间问题第三，失去制冷后，电池系统最大的可用时间ConfidentialConfidentialConfidentialConfidential单电源负载供电问题单电源负载从STS集中式的供电到小功率ATS分散式供电的变化市电1变压器ATSUPS输入配电UPSn+1UPS输出配电市电1变压器ATSUPS输入配电UPSn+1UPS输出配电机架ATS单电源双电负载源双路互投负载STS市电1市电2油机配电1配电2UPS1UPS2配电4总线同步器配电3ATS1ATS2ATS3Confidential单电源负载的供电问题单电源负载从STS集中式的供电到小功率ATS分散式供电的变化转换检测驱动防两路输入短接输入UA输入UB输出电压UO机架ATS采用小型继电器做为转换器件，小巧灵活，转换速度快，转换时间可控制在10ms以内，且不受两路输入电压状态的影响。对两路电压幅度、频率、相位等参数没有要求。Confidential机架配电管理问题从数据中心机房建设的规划角度讲，所有的子系统设计都是围绕着机柜来进行的。制冷供电运行安全线缆机柜电功率预设定的问题是数据中心电源、空调负荷的核心问题Confidential机架配电管理问题两组输出断路器母排各母排有独立的总保护开关SourceAUPSPDCPDCUPSSourceB•机柜列头配电管理•可对每一路电(机柜)进行预设,超过设定值报警提醒管理员•可进行本地/远程管理•可在线扩容,增加设备,•可在线调整三相平衡,提升系统可靠性Confidential机架配电管理问题•机柜本地电源管理0U安装,不占用有效空间随时增加SNMP卡,可远程管理本地电流显示,支持三相与单相Confidential设计理念的发展与变化•从单台设备向整个供电系统变化•对系统可靠性的研究向可用性研究变化•提高供电系统的“适应性”集成一体化架构系统模块化设计谢谢！TolearnmoreaboutDelta,pleasevisit