數(shù)據(jù)機房UPS不間斷電源系統(tǒng)的演變與發(fā)展

來源：存能電氣  日期：2019-06-14 13:29  瀏覽量：次

　　數(shù)據(jù)機房UPS不間斷電源系統(tǒng)的演變與發(fā)展。數(shù)據(jù)中心和機房的大規(guī)模建設(shè)進一步加大了市場對于UPS的需求，可靠，高效，易用易維護成為越來越多UPS廠家關(guān)注的重點特性。那么從UPS產(chǎn)生至今，共經(jīng)過了哪些變化？是什么引起了這些變化？請看存能電氣小編的分析。

　　數(shù)據(jù)機房UPS不間斷電源系統(tǒng)的演變與發(fā)展

　　典型的數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)，由中壓配電、變壓器、低壓配電、UPS不間斷電源、末端配電以及發(fā)電機等設(shè)備組成。其中，UPS的主要作用，是在市電電源中斷、發(fā)電機啟動之前，確保所帶的負載持續(xù)供電，因此，UPS系統(tǒng)包含了儲能設(shè)備，如蓄電池或飛輪；此外，傳統(tǒng)UPS還具有隔離市電側(cè)浪涌、電壓驟升驟降等作用。

　　UPS不間斷電源系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心供電連續(xù)性的重要保障，UPS系統(tǒng)的可靠性直接影響數(shù)據(jù)中心的可靠性，同時，在絕大多數(shù)數(shù)據(jù)中心機房，機房UPS系統(tǒng)的損耗可占IT設(shè)備能耗的10%以上。因此，提高UPS系統(tǒng)的可靠性，同時降低其損耗，就成為數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)架構(gòu)演變的主旋律。

　　傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)

　　目前，數(shù)據(jù)中心內(nèi)應用最廣的不間斷電源還是傳統(tǒng)UPS，它主要由整流AC-DC、逆變DC-AC和靜態(tài)旁路3部分電路組成，DC母線上掛接蓄電池，輸入AC正常時，經(jīng)整流和逆變兩次轉(zhuǎn)換后為負載供電，同時為蓄電池浮充，輸入AC中斷時，蓄電池由浮充轉(zhuǎn)放電，經(jīng)逆變器為負載供電，對負載來說，感受不到輸入端電源的中斷。

　　傳統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)換在線式UPS設(shè)備采用可控硅整流，主要的問題是諧波電流畸變率（THDi）高(10-30%)，轉(zhuǎn)換效率低(85-92%)。

　　UPS不間斷電源系統(tǒng)的發(fā)展

　　由于UPS設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，因此自身容易發(fā)生故障，設(shè)備冗余可以提高可用性，UPS系統(tǒng)便有了N、N+X、2N、”市電+U電“等架構(gòu)。

　　N系統(tǒng)滿足基本需求，沒有冗余的UPS設(shè)備。它的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，硬件配置成本低廉；由于UPS工作在設(shè)計滿負荷條件下，因此效率較高。其缺點是可用性低，當UPS發(fā)生故障，負載將轉(zhuǎn)換到旁路供電，無保護電源；在UPS、電池等設(shè)備維護期間，負載處于無保護電源狀態(tài)；存在多個單故障點。

　　N+X并聯(lián)冗余系統(tǒng)是指由N+X臺型號規(guī)格相同且具有并機功能的UPS設(shè)備并聯(lián)組成的系統(tǒng)，配置N臺UPS設(shè)備，其總?cè)萘繛橄到y(tǒng)的基本容量，再配置X臺UPS冗余設(shè)備，允許X臺設(shè)備故障退出檢修。相對于“N”系統(tǒng)，“N+X”系統(tǒng)在UPS配置上有了一定的冗余，系統(tǒng)可靠性有所提高，同時帶來了系統(tǒng)配置成本的增加、系統(tǒng)負荷率的降低以及效率降低。

　　為了消除單點故障，高等級數(shù)據(jù)中心和機房通常采用2N冗余系統(tǒng)。該系統(tǒng)是指由兩套或多套UPS系統(tǒng)組成的冗余系統(tǒng)，每套UPS系統(tǒng)N臺UPS設(shè)備的總?cè)萘繛橄到y(tǒng)的基本容量。該系統(tǒng)從交流輸入經(jīng)UPS設(shè)備直到雙電源輸入負載，完全是彼此隔離的兩條供電線路，也就是說，在供電的整個路徑中的所有環(huán)節(jié)和設(shè)備都是冗余配置的，正常運行時，每套UPS系統(tǒng)僅承擔總負荷的一部分。

　　“市電+U電”供電架構(gòu)由百度提出并在2011年其自建M1數(shù)據(jù)中心規(guī)模應用，它在N+1系統(tǒng)基礎(chǔ)上做了改進，UPS設(shè)備配置不變，將服務器等雙電源設(shè)備的其中1路改由市電直接供電，消除了單點故障，可靠性較N+1系統(tǒng)大大提高，同時，UPS系統(tǒng)的損耗降低為原先的50%。UPS系統(tǒng)整體效率提升至95%以上。

　　隨著業(yè)內(nèi)對數(shù)據(jù)中心能耗關(guān)注日益增強，國內(nèi)近幾年出現(xiàn)了一種新型的分布式DC240V電源設(shè)備，同樣采用離線方案，市電正常時，直接輸出市電電源，市電停電后，由內(nèi)部鋰電池提供DC240V輸出。這種方案的優(yōu)勢是IT設(shè)備無需定制，只要兼容DC240V供電即可。其缺點是電源內(nèi)部存在AC220V和DC240V的切換，系統(tǒng)可靠性降低；鋰電池串聯(lián)數(shù)量多，單只電池故障會影響系統(tǒng)的可靠性。

　　隨著國內(nèi)數(shù)據(jù)中心前端配電系統(tǒng)及發(fā)電機自動控制系統(tǒng)的完善以及運營水平的提升，蓄電池的后備時間一定會縮短，分布式鋰電池供電系統(tǒng)將在互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)數(shù)據(jù)中心迎來春天。

　　UPS系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心和機房的重要性

　　對于數(shù)據(jù)中心來說，在電力系統(tǒng)的運行過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障。盡管故障出現(xiàn)的幾率很小，持續(xù)的時間也不長，但產(chǎn)生的后果卻往往十分嚴重。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，運行狀態(tài)將經(jīng)歷急劇變化。所以UPS系統(tǒng)的應用對于機房電力系統(tǒng)不間斷運行來說尤為重要。對UPS系統(tǒng)日常檢測、維護也更是重中之重。

　　UPS電源是許多機房的動力保證，保證了供電的連續(xù)性，保證了供電系統(tǒng)的安全性，UPS電源時刻發(fā)揮著重要的安全保障作用，蓄電池是UPS重要組成部分，蓄電池作為動力提供的最后保障，無疑是UPS電源中的最后一道保險，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到UPS是否正常工作。

　　UPS系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心和機房供電連續(xù)性的重要保障，存能電氣認為對于UPS系統(tǒng)日常檢測、維護也是很重要的。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，隨需擴容、易維護、高效率、高可用性以及占地小成為模塊化UPS最大的優(yōu)勢。