 |
大型数据中心低压配电系统亟待革新
; 大型數據中心建設熱潮?硪u。然而，在大型數據中心的郀I中，巨大的配電成本支出正在對郀I商形成挑戰，同時配電單元往往?子么罅棵娣e，不利於數據中心的�?能環保。因此，如何能夠在保證數據中心穩定咝械那闆r下，�?現配電系統的革新，顯著降低配電成本成為業界關注的問題。正是在這一趨勢下，中壓型UPS開始興起。中壓型UPS能夠提高接近負荷中心的電壓等級，減少低壓配電環�?，降低能耗。可以預見，隨著電信行業去電信化、減配增效的深入推進，中壓UPS系統將迎?�?V闊的市場前景。
大型數據中心低壓配電系統亟待革新
我國早期通信系統負有政治安全責任，通信網絡一旦中斷將追究相關方政治責任，所以我國通信系統中冗餘配置較高，這?脑缙赨PS和開關電源蓄電池組後備時間的不一致可見一斑。所以，在建設數據中心的供電系統時，為了保證系統安全可靠性，充分考慮設備配置和冗餘。
目前大型數據中心園區或大型數據中心的供配電結構一般是引市電高壓（110kV）或中壓（35kV、10kV）到高壓配電室然後再分配給幹式變壓器（轉成380V）?K配置成套低壓配電系統，成套低壓配電系統中的�?電櫃再通過密集母線或電纜分配電能到每個樓層的低壓配電櫃，再分配到大型的UPS（如500kVA、600kVA），目前每套低壓配電系統一般最大配置到2000kVA，每套低壓系統最多帶兩套大容量的11型UPS系統或2N型UPS系統，這種?母邏号潆娤到y-低壓配電系統-UPS的結構在早期中小型數據中心應用?V泛，但隨著數據中心單UPS系統配電容量的加大，這種配電結構存在諸多缺陷。
第一，投資浪費嚴重。單套低壓配電系統存在浪費投資、浪費機房空間、浪費密集母線等浪費現象。雖然也可以將變壓器配置在每個樓層，但是供配電結構沒有變化，隨著大型UPS的使用，每套2000kVA的低壓配電系統下掛2套600kVA（11）考慮充電電流及負載冗餘後即?M。
第二，增加供配電等級，增加了安全隱患。在相同的電源器件環境中，對於配電系統?碚f上下游開關越少越安全，配電等級越少可靠性越高，接近負荷中心的電壓等級越高越�?能。大型數據中心園區35kV開關站-10kV高壓配電櫃-10kV配電櫃-變壓器-低壓配電櫃-密集母線-樓層配電櫃-UPS系統，8層級的配電結構，每多1個層級則意味著增加一個故障隱患點。
第三，影響機房可使用面積，增加建築成本。對於大型數據中心，如果每層樓均配置變壓器低壓配電室、UPS系統電源室，相應電源區域要預留40%以上的空間，對於通信機房?碚f，一般預留25%~30%空間，且低壓配電結構冗餘度越大占機房面積越大。
中壓型一體化UPS正在興起
回顧通信領域的高低壓配電發展趨勢，交流系統?脑缙诘�380V到10kV，不間斷電源?�220V到240V、336V高壓直流，設備功耗密集程度越大配電系統的電壓等級也隨之上升，採用高壓等級的設備可以更多地減少線損、線纜母線投資、�?省設備占地面積、減少轉換次數也意味著�?能，同樣，改變傳統的380V進380V出220V配電的結構，提高UPS進入電壓等級至10kV以上也具備以上優點。使用如10kV的UPS的前提是將傳統低壓配點系統的計量功能、功率補償功能、低壓發電機組轉移到10kV系統。
低壓配電中的計量可採用高壓端計量。傳統數據中心往往是通過在低壓段低壓配電系統中配置計量櫃的方式，但是隨著數據中心規模越?碓酱螅笮蛿祿行囊延�10套以上的低壓配電系統，且分為生活用電、辦公用電等，統計量工作放在高壓將成為一種趨勢。採用高壓端計量的同時仍可以通過中壓型一體化UPS的變壓器的數據採集進行自動統計上報。
低壓配電中的補償功能可改為高壓補償和負荷中心就近補償。對於數據中心?碚f，感性負載和容性負載同時存在，感性負載主要為空調主機、風機等電機�?設備；整流設備、IT設備為容性負載；也就說數據中心感性負載和容性負載是同時存在的，是相互補充的。統計顯示，目前大部分通信局樓的低壓電容器櫃多設置為人工投入，因為由於感性負載和容性負載的同時存在，功率因數cosΦ通常都在0.92以上。採取在低壓配電系統進行補償屬於後補償，沒有起到有效作用，且在諧波環境下容易引發電容器共振?K存在爆炸風險。因此未?淼臄祿行膽槍唧w機房環境測試其諧波和無功負荷情況進行就近補償。
大型數據中心採用高壓油機是必然趨勢。目前大型、超大型數據中心已推?V採用高壓油機，帶?砗芏鄡瀯荩弘娎|、上下游開關配置方面，簡化了配電結構，高壓油機使用高壓電纜傳輸電力，高壓輸電電流相當於低壓輸電電流的二十六分之一，上下游開關及電纜投資�?省、敷設及施工方便、線損很小、安全性也較高；便於進行多機?K機，形成大容量後備電源，消除了常壓油機系統面臨的輸出容量瓶頸；若採用高壓空調必須採用高壓油機，離心機組啟動電流較大，如國內某郀I商集團企業標準規定“除變頻供電的電動機外，單臺額定功率大於350kW的電動機，宜採用10kV電源供電”。採用高壓冷水機組供電後，可以相應減少變壓器及低配和密集母線、電纜的投資，綜合對比高壓冷水機組的價格因素，初步統計可以�?省0.075萬元/kW（製冷量）；高壓油機集中?阎茫梢愿鶕䦂@區功耗發展情況分期、逐臺投資，而低壓油機則只能是與低配模組化相匹配而無論油機的�?際負載率，造成油機投資浪費；推?V使用高壓油機之後低壓配電系統中的ATS櫃可以減配。
以上分析證明，低壓配電系統中的主要功能，計量、電容、ATS櫃等都可以代替，�?施高壓到負荷中心的二級轉換比再經過低壓側顯然可以�?省更多成本，減少中間配電環�?後也使得可靠性提高很多。
國外中壓UPS系統應用現狀
?臍W洲地區的中壓UPS系統發展?砜矗袎篣PS系統多應用在工業級不間斷電源應用場景中，擁有兆瓦級額定功率和高達99.5%的中壓UPS，儲能和逆變器依然處於低壓水準，它還能大幅簡化維護作業和降低系統成本。中壓UPS可進行改造，進行定制化設計，可相容各種各樣的儲能裝置，具體取決於所需的保護時間。超級電容器和飛輪可在幾秒鐘內提供高密度保護，而電池可以達到長達15分鐘的備用時間。
北美地區早期工業用中壓型UPS系統多為集裝箱式結構或露天箱體結構。數據中心使用的中壓型UPS系統多為戶內型、模組化結構，容量為2.0MW~20MW。包括輸入輸出開關櫃、變壓器箱、主控單元、PES櫃（中壓）、雙向變流器、儲能箱等。戶外型儲能箱後備時間為1~3分鐘，戶內型後備時間根據客戶需求配置，可以達到30分鐘以上。
可以看到，國外已有�?似產品，但是國外的中壓UPS較多定位於將UPS系統功能集中於中壓段解決，目前已在美國的部分大型數據中心開始應用。
尤為值得一提的是，相比傳統低壓UPS，中低壓一體化UPS在同樣的場景下將減少80%的投資成本，而之所以能夠帶?磉@一“不可思議”的改變，則主要得益於大幅減少了傳統低壓配電櫃的占地面積，�?省了大量的低壓配電母線、電纜，同時發電機組採用高壓油機也便於分期投資。可以預見，中壓UPS系統的建設將為郀I商�?省大量的供配電成本，進一步提升郀I商的市場競爭力。
數據中心機房工程建設在�?能和應用等方面均有不俗的表現。如�?能方面，機房頂部採用岩棉保溫，防火石膏板封堵，提高機房保溫效果;地面�?設鍍滗摪澹瑴p少精密空調送風阻力，提高空調咝行�;機房內採用封閉熱通道方式，保證機房冷熱氣流無縫隔離;機房內照明採用�?能的LED燈具;採用可調�?的送風地板。在應用方面，為?M足電磁遮罩及人文關懷等要求，採用黃銅金屬遮罩網對機房進行了六面體�?設;電氣系統採用2N配電架構，提高了安全性;採用TOR?丫�方式，利用全光纖網路高帶寬低損耗的特性，有效提高數據中心的可用性及可擴展性。
