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綠色I(xiàn)DC供電系統(tǒng)發(fā)展趨勢
發(fā)布時間:2014.05.07    瀏覽次數(shù):2332
1 模塊化UPS發(fā)展趨勢
  
  模塊化UPS概念從2002年開始推出,提高供電系統(tǒng)的可用性、可靠性、可維護(hù)性及節(jié)能特性這種概念是符合用戶需要的,而且技術(shù)上沒有不可逾越的困難,因此,一些公司仍在不斷改進(jìn)、研發(fā)并推出新的模塊化產(chǎn)品,經(jīng)過10多年的發(fā)展,模塊機的穩(wěn)定性、可靠性、市場占有率等方面已不可同日而語,2009~2010年中國電信通過廣州電信研究院對模塊機的深入測試,及上海電信、廣東電信、廣西電信、新疆電信等實際使用單位的反映,都認(rèn)為生產(chǎn)模塊化UPS的幾個主流廠家(先控、APC、NEWA、艾默生、科華、中興等),已經(jīng)完全滿足通信行業(yè)對UPS的要求,并在2011年底開始對模塊機第一次集中采購,至今已連續(xù)進(jìn)行了三次集采,通過綜合性能、價格、用戶反饋等方面評比,先控榮幸獲得60%以上的份額。
  
  2 模塊化UPS應(yīng)用情況
  
  以先控為例,2012年模塊機銷售額為1.4億,平均每月生產(chǎn)的UPS系統(tǒng)(100~600k)約150套,模塊數(shù)量在1000臺左右,已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?;a(chǎn)。
  
  (1)通信行業(yè)
  
  河北聯(lián)通二樞紐使用240k模塊機30多套;內(nèi)蒙聯(lián)通通信樞紐樓使用480k模塊機4套;山東聯(lián)通各地市使用90~200k模塊機20多套;上海聯(lián)通使用200k模塊機兩套;上海移動使用200k模塊機18套;中國電信集團公司東四機房使用600k模塊機兩套;上海信多處機房使用200~480k模塊機26套;北京電信西單機房使用480k模塊機兩套;廣東電信人民中機樓使用480k模塊機4套;新疆電信通信樞紐樓及各地市使用200k模塊機20多套;浙江電信使用480k模塊機兩套;山西電信使用480k模塊機4套;其他還有廣西信、重慶電信、陜西電信、黑龍江電信、黑龍江聯(lián)通、山東聯(lián)通、河北聯(lián)通等單位,還使用了先控很多早期的模塊化產(chǎn)品(30~90k)。
  
  (2)IDC行業(yè)
  
  廊坊潤澤IDC機房使用480k模塊機24套;上海錦華IDC機房使用480k模塊機19套;上海騰訊IDC機房使用320k模塊機18套;河北聯(lián)通鹿泉IDC機房使用400k模塊機22套;此外在高鐵、高速、機場、政府、稅務(wù)、金融證券、學(xué)校、軍工科研院所等單位,都有大量的典型應(yīng)用案例。
  
  3 高壓直流供電發(fā)展趨勢
  
  從高壓直流的發(fā)展來看,這項技術(shù)在國際上很早就有了研究和探討,但實際應(yīng)用卻很少,在我國正好相反,研究和探討起步較晚,但應(yīng)用和推廣確是最先開始的。通信行業(yè)最早是從2008年江蘇電信參照電力操作電源的規(guī)范,開始實踐、試驗,并定點小規(guī)模試用開始的,然后逐步推廣到其他省的電信公司試用,作為國內(nèi)在高壓直流技術(shù)方面首位“吃螃蟹”的用戶,中國電信在該技術(shù)上的應(yīng)用步伐
  
  可謂邁得飛快。中國電信集團數(shù)據(jù)顯示,截止2012年12月底,通信行業(yè)全網(wǎng)用直流電源(240V)系統(tǒng)數(shù)大約為600套,每套設(shè)備的電流大約在400~600A,每套相當(dāng)于160kVA的UPS容量,與模塊化UPS一樣,中國電信也先后進(jìn)行了三次集中采購。
  
  (1)高壓直流的特點
  
 ?、偌夹g(shù)門檻要求不高,國內(nèi)
  
  生產(chǎn)整流器的廠家較多,如艾默生、中達(dá)、動力源、中恒等公司,且與通信行業(yè)接觸良好、用戶最集中;
  
 ?、陔姵刂苯訏煸谳敵瞿妇€上,系統(tǒng)供電可靠性更高;
  
 ?、鄄捎媚K化結(jié)構(gòu),可在線擴容、維護(hù)、割接等;
  
 ?、軐τ诰S護(hù)人員而言,直流電源的操作相對于UPS更簡單;
  
 ?、輳墓?jié)能角度看,與傳統(tǒng)帶工頻變壓器的UPS相比,整機效率能提高5%~10%,但與模塊化UPS或高頻UPS相比,基本相當(dāng)甚至還略低。
  
  (2)高壓直流面臨的問題
  
 ?、俑邏褐绷魃形葱纬擅鞔_的標(biāo)準(zhǔn),比如電壓等級,選擇240V、336V或380V差異非常大,而選擇不同的電壓等級又面臨著負(fù)載適應(yīng)性、人身安全、系統(tǒng)節(jié)能、輸出配電等諸多問題,很難兩全;
  
 ?、谀壳霸跇?biāo)準(zhǔn)未形成的情況下,很多IT設(shè)備廠家普遍對高壓直流處于觀望態(tài)度,暫時不愿意承諾提供設(shè)備的維保等服務(wù)。這意味著一旦用戶在高壓直流環(huán)境下的IT設(shè)備發(fā)生故障,其售后服務(wù)以及損失賠償上得不到保障;
  
  ③在一些高端的服務(wù)器電源中,采用了交流頻率檢測、輔助電源單極供電等,會出現(xiàn)設(shè)備雖不損壞但不能正常開機等小概率事件。還有,部分交流電機驅(qū)動類設(shè)備不支持高壓直流,均需要配備UPS或逆變器等設(shè)備;
  
 ?、芨鶕?jù)中國電信實際應(yīng)用統(tǒng)計,可用240V直流電源的IT設(shè)備占總數(shù)量的95%以上,不可用數(shù)量小于5%。這5%的概率雖小,還是需要用戶在切換到高壓直流系統(tǒng)之前做大量細(xì)致的設(shè)備適應(yīng)性測試工作。
  
  總之,從應(yīng)用層面和應(yīng)用歷史看,模塊化UPS要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于高壓直流,這是由于用戶IT設(shè)備和服務(wù)器均大部分采用交流輸入。但簡單評論交流或直流供電哪種模式更好,意義不大,因為得到的結(jié)論總是片面的,但作為IT設(shè)備的基礎(chǔ)供電設(shè)施,必須滿足IT設(shè)備的供電要求,這永遠(yuǎn)是第一位的。
  
  4 傳統(tǒng)UPS、模塊化UPS、高壓直流的方案比較
  
  通過一個IDC機房的實際應(yīng)用案例來比較三種供電方案,例如假定負(fù)載為240個IT機柜,每個機柜需要4kVA的供電,機房整體供電總量為960kVA,為便于管理,將80個IT機柜為一個區(qū),共分為三個區(qū)域進(jìn)行供電,每區(qū)分為4列,每列放置20個機柜,供電標(biāo)準(zhǔn)按T4級的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。
  
  (1)傳統(tǒng)機型UPS“3+1”并機2N型供電方案配置說明:
  
 ?、?臺400kVA傳統(tǒng)UPS組成“3+1”冗余并機,共8臺400kVA傳統(tǒng)式UPS組成2N供電,總?cè)萘靠蛇_(dá)到1200kVA(見圖1)。
  
 ?、诿拷MUPS輸出配置交流并機柜,交流并機柜后再配置三個交流輸出分配柜,每個交流輸出分配柜各有4路分路輸出,分別供給各交流列頭柜。
  
  (2)高壓直流2N型供電方案配置說明:因為高壓直流系統(tǒng)容量較小,同時輸出為懸浮供電,所以采用分區(qū)、分散式雙母線供電模式。
  
 ?、倜總€區(qū)域使用6臺240V/600A的HVDC(高壓直流)系統(tǒng),分為兩組3臺并聯(lián),組成2N供電模式,每個區(qū)域的供電容量為432kVA,總共需3組18臺HVDC系統(tǒng),總輸出容量為1296kVA(見圖2);
  
  ②每3臺600AHVDC系統(tǒng)并機輸出后需接入到直流輸出分配柜,每個直流輸出分配柜再分為4路輸出,分別供給直流列頭柜。
  
  (3)模塊化UPS2N型供電方案
  
  配置說明:因為模塊化UPS系統(tǒng)已經(jīng)具備了冗余特性,所以無需并聯(lián),直接采用分區(qū)、分散式雙母線供電模式。
  
 ?、倜總€區(qū)域使用兩臺400kVA模塊化UPS組成2N供電方案,總共需要3組6臺模塊化UPS,總輸出容量為1200kVA(見圖3);
  
 ?、谀K化UPS輸出直接連接交流輸出分配柜,交流輸出分配柜分為4路為別供給交流列頭柜。
  
  三種方案對比見表1。
  
  5 模塊化UPS目前在用戶當(dāng)中存在的疑慮有那些?是如何解決的?
  
  (1)模塊之間的環(huán)流、同步存在的危害?如何解決傳統(tǒng)單機UPS并聯(lián)運行,環(huán)流和同步問題是考驗并聯(lián)系統(tǒng)安全的最重要指標(biāo),而且并聯(lián)數(shù)量越多,環(huán)流和同步問題越難控制,所以傳統(tǒng)UPS,并聯(lián)數(shù)量越多,可靠性反而降低,這是由于單機UPS的電路結(jié)構(gòu)所決定的,因為當(dāng)兩臺單機UPS并聯(lián)運行時,如產(chǎn)生環(huán)流,會造成其中一臺UPS逆變電路直流母線電壓升高,輕則保護(hù)退出,重則造成IGBT過壓損壞或直流母線上的電解電容損壞,給系統(tǒng)運行安全帶來的影響是毀滅性的。
  
  而模塊化UPS在設(shè)計之初,首要解決的就是多模塊并聯(lián)問題,交流電與直流電不同,它的電壓和電流不是單向而是雙向的,這就意味著交流電在并聯(lián)時絕對沒有環(huán)流是不可能的,但通過電路分析可以得出,環(huán)流最大的影響是造成逆變電路直流母線電壓的升高,如果將所并聯(lián)的UPS模塊的直流母線連接在一起,相當(dāng)于所有模塊共用一條直流母線,就會從根本上解決環(huán)流帶來的負(fù)面影響,這一點在模塊機上很容易實現(xiàn),而在傳統(tǒng)單機UPS上卻是無法實現(xiàn)的,所以對于模塊化UPS,即使產(chǎn)生環(huán)流,也不會給系統(tǒng)運行帶來負(fù)面影響,所體現(xiàn)出來的只是均流精度的差異。
  
  (2)模塊數(shù)量與故障概率和維護(hù)量
  
  模塊數(shù)量增多,出問題的概率自然增加,但這里先說明幾個概念:首先,不能簡單地把模塊機和傳統(tǒng)單機對等起來,因為衡量一個產(chǎn)品的故障概率,要從生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性、生產(chǎn)流程的標(biāo)準(zhǔn)化、元器件的耐壓、過流應(yīng)力和余量等多方面綜合考量,而模塊機比傳統(tǒng)單機在制造過程中,很容易形成標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)流程,所以它的可靠性及生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)單機;
  
  其次,模塊機采用冗余并聯(lián)模式工作,理論上即使模塊故障,只是冗余的減少,不會影響系統(tǒng)的正常運行,即降低了系統(tǒng)故障的概率;
  
  最后,通信行業(yè)現(xiàn)階段大量使用的-48V整流器對此問題也做出了最好的回答,因為在上世紀(jì)90年代中期,通信行業(yè)使用的全是單機,但現(xiàn)在模塊化整流器的廣泛應(yīng)用已經(jīng)充分的證實了這個事情不是問題。
  
  (3)模塊化UPS存在的不足
  
  模塊化UPS與傳統(tǒng)單機相比,從系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)性、擴展性、性能參數(shù)指標(biāo)、體積重量包括成本,均具有優(yōu)勢,但對于模塊化UPS這個行業(yè),筆者有些建議和看法:①目前模塊化UPS的價格較貴,尤其沒有合資和國產(chǎn)化;②設(shè)計院對系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計不太熟悉。
  
  (4)模塊化UPS使用中和傳統(tǒng)UPS有那些不同
  
  先控模塊化UPS可實現(xiàn)最多四套系統(tǒng)并聯(lián)運行,與傳統(tǒng)UPS單機功能基本一致,但在實際使用和設(shè)計中,建議模塊機系統(tǒng)不再并聯(lián),采用分區(qū)、分散供電模式,這樣既保證系統(tǒng)的冗余性、擴展性、維護(hù)性,同時也避免環(huán)流帶來的負(fù)面影響,對于T4級的IDC機房和通信局站的動力中心,采用模塊機雙總線輸出的供電方案為佳;對于T3級IDC機房,采用模塊機單機運行即可。
編輯簡介
  李露,女,在北京致遠(yuǎn)華騰科技有限公司公司任職。主要從事云計算等新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)方向的相關(guān)研究,產(chǎn)品領(lǐng)域集中在機房環(huán)境設(shè)備,主要包括UPS、機房空調(diào)、機房監(jiān)控設(shè)備等。

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