数据中心供电方案设计

1DeltaConfidential中达电通股份有限公司UPS产品处李焕一2011年6月数据中心供电方案设计2DeltaConfidential目录数据中心设计标准介绍UPS供电系统存在的问题供电系统选择方法模块化全隔离双总线方案产品介绍3DeltaConfidentialGB50174可靠性、可用性要求A级B级C级供电电源两回线路供电变压器N用电容量较大时，设置专用电力变压器供电后备柴油发电机系统N或（N+X）冗余（X=1~N）N供电电源不能满足需求时不间断电源系统的供电时间满足信息存储要求时，可不设置柴油发电机后备柴油发电机的基本容量柴油发电机燃料存储量72h24h不间断电源系统配置2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4…）N+X冗余（X=1~N）N不间断电源系统电池备用时间根据实际需要确定空调系统配电双路电源（其中至少一路为应急电源），末端切换。采用放射式配电系统双路电源，末端切换采用放射式配电系统采用放射式配电系统稳态电压偏移范围（%）±3±5稳态频率偏移范围（Hz）±0.5电池逆变工作方式输入电压波形失真度（%）≤5电子信息设备正常工作时零地电压（V）＜2应满足设备使用要求允许断电持续时间（ms）0~40~10不间断电源系统输入端THDI含量（%）＜153~39次谐波15min柴油发电机作为后备电源时应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容备注两个电源供电两个电源不应同时受到损坏M（1+1）冗余（M=1、2、3...）项目技术要求4DeltaConfidentialTIA942可靠性、可用性要求（1）系统可靠性问题；单路径故障点多、设备可靠性差、维护难度大。（2）系统电流谐波干扰问题；电网和系统本身形成干扰、增加滤波设备、降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。（3）系统成本和能源消耗问题；系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的存在增加了滤波设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。（4）系统标准化问题；系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。（5）系统的灵活性和可扩展、变更问题；以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。（6）系统使用维护难度问题。要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。UPS供电系统存在的问题6DeltaConfidential供电系统选择方法是否是否是否系统允许12小时/半年或者24小时/一年停机维护系统允许12小时/年停机维护系统要求每个子系统在维护期间都要冗余配置“N”系统“N+1”系统“2（N+1）”系统“2N”系统7DeltaConfidentialN系统定义：与关键负载规划容量相等的单台UPS模块或一组并联UPS模块构成的系统;N配置是关键负载供电的最低要求;为了系统维护,需要外部维护旁路，优点：设计概念简单，硬件配置成本低廉；由于UPS工作在设计满负荷条件下，因而其效率最高；具备高于市电的可用性；可进行并机扩展增容（并联多个额定值相同的UPS模块）。缺点：可用性有限，因为如果UPS模块出现故障，负载将转换到旁路供电，从而处于无保护电源下；UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下（持续2-4小时）；缺乏冗余，限制了在UPS发生故障时对负载的保护能力；存在多个单故障点，这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。“N”系统8DeltaConfidential定义：输出直接并机，“备用的”容量至少等于一个系统模块的容量;要求采用同一制造商生产的相同容量的UPS模块。优点：可用性要高于“N”配置；可根据需求的增长进行扩展。硬件布置不仅设计概念简单，而且成本低廉；缺点：并联模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的技术与配置；UPS系统的上游与下游仍存在单故障点；在UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下由于各个UPS设备的利用率均低于额定用量，因此运营效率较低；所并各台需要一个逻辑控制总线，因而存在单路经故障点；并机台数增多时，需要外部静态开关和并机控制柜，系统仍需要一个公共的外部维修旁路。并联“N+1”系统9DeltaConfidential定义：双总线系统、多路并联总线、双输入、2(N+1)、2N+2、[(N+1)+(N+1)]以及2N等都指的是该配置的变体。其基本设计概念，是允许每一个电气设备都可以在无需将负载转换到市电的条件下出现故障或手动关闭。优点：两条独立的供电线路，无单路径故障点，容错性极强；该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余；在2(N+1)设计中，即使在同步维护过程中，也仍存在UPS冗余；无需将负载转换到旁路模式，即可同步维护；更容易使各UPS系统均分负载，并了解哪些系统为哪些负载供电。在设计中无需再面对STS设备及其复杂的故障模式，从而使系统可用性得到了显著提高。缺点：冗余组件数量多，成本高；由于未达到满负荷工作状态，UPS效率低下；一般的建筑物不太适合采用可用性极高的双总线系统，因为这种系统需要对冗余组件进行分开放置(实现更高级别的隔离)。双总线系统冗余10DeltaConfidential传统的双总线方案图•两路市电经ATS1切换，与油机冗余后再经ATS2切换后到输入配电柜，即到两条不同总线上的UPS1和UPS2，两路输出再各经输出配电柜给双电源负载供电•为满足单电源负载的需求，增加了STS切换柜；并为使STS同步切换，又增加了LBS控制器市电1市电2ATS1油机ATS2输入配电柜UPS电源1UPS电源2输出配电柜1输出配电柜2STS单电源负载双电源负载LBS11DeltaConfidential传统双总线方案中的问题市电1市电2ATS1油机ATS2输入配电柜UPS电源1UPS电源2输出配电柜1输出配电柜2STS单电源负载双电源负载LBS单点故障点问题１：单点故障点多问题２：同步控制器制约了可靠性12DeltaConfidential全隔离双总线方案•全隔离双总线方案，有最高可用性系统实现了单条总线与另一条总线各部分的冗余，和总线全隔离系统实现ATS、输入配电柜的冗余；将集中STS更改为分散机架ATS；采用台达UPS，减少了LBS控制器（功能已内置在UPS中）市电1市电2ATS1油机ATS2ATS3输入配电柜1输入配电柜2UPS电源1UPS电源2输出配电柜1输出配电柜2机架ATS单电源负载双电源负载机架ATS机架ATS单电源负载单电源负载双电源负载双电源负载13DeltaConfidential全隔离双总线方案的优势全隔离•内置LBS无传统外置LBS的单点故障问题•整个系统里没有互相影响的总线线路，可实现各总线隔离维修，具有更高的可靠性最短的MTTR和更高的可靠性•比如以2台60kVA的模块化UPS实现双总线方案，可靠性比传统UPS提高33倍•因为模块化UPS是热插拔模块结构，维修时间最短更经济的总体拥有成本•更低的初装成本，更低的运行成本，更低的扩容成本14DeltaConfidential购置成本分析方案1普通UPS2N双母线方案2模块UPS2N双母线方案单机容量60kVA60kVA(3个20kVA模块)总容量60kVA60kVA主机数量2台2台ATS数量2台3台输入输出配电4套4套STS1套（60kVA）0套机架ATS0套3套（3kVA）电池组数2组2组15DeltaConfidential扩容成本分析方案1普通UPS2N双母线方案2模块化UPS2N双母线方案扩容方案再并联1台60kVA以20kVA模块为单位按需扩容总容量120kVA120kVA(无须增加机柜)扩容占地面积增加(UPS主机+电池)只需增补电池扩容外部设备增加(电缆、空开等)无须扩容成本高，扩容复杂低，仅购买模块热插入扩容16DeltaConfidential运营成本分析负载36kW，因是2N双母线方案，平时每路UPS只带18kW的负载，相当于每路运行37%的负载方案1普通UPS2N双母线方案2模块UPS2N双母线方案UPS带载37%37%整机效率88%94%耗电量(度)4300420129自耗电费(元)工业用电1.5元/度6450530194年度节省电费(元)3431117DeltaConfidential两个方案综合比较方案项目方案1普通UPS2N双母线方案2模块UPS2N双母线方案系统可靠性低高MTTR≧8小时10分钟系统可用性低高设备投资高高运行成本高低18DeltaConfidential智能容错HIFTUPS大中型系统的安全保障（20~480kVA）InfraSuite供电系统-UPS19DeltaConfidential•模块化设计，系统修复时间最少，修复效果最好•N+X冗余，系统可靠性最高•从20到480kVA，可以20kVA为单位随需扩容，投资最经济•轻载效率即高达94%，运行成本最低•小配件就可进行大管理，动环监控功能最全面InfraSuite供电系统-UPS20DeltaConfidentialInfraSuite供电系统-列头柜分路的电流侦测输出开关热插拔智能化可实现网络管理外观与机柜一致30KVA-300KVA21DeltaConfidentialPDU配SNMP网卡(选件)可以实现通过Ethernet网络远程通讯状态轮巡按钮，翻看运行参数；还有报警LED，显示过流或过(欠)压状态数字颠倒显示在机架后部垂直安装，不需要工具，不占用机柜的有效空间单相、三相两种供电方式，符合中国或国际标准电压有两个RS232串口，最多可以16个PDU之间通讯输入接头满足IEC309,输出口满足IEC320智能的机柜电源分配单元22DeltaConfidentialQ&A23DeltaConfidential