1、现代通信机房电力系统配置方式及趋势(ppt).ppt

现代通信机房不同电力配置方式及发展趋势 主讲人：杜秋,目 录,IDC机房的历史及其演变；IDC机房的历史问题；IT系统及IDC机房的基本组成；IDC机房中电力系统组成及其结构形式；UPS的技术原理及常用的组合结构；UPS的蓄电池IDC机房的配电以及ATSSTS的应用和特性；,IDC机房的发展与计算机技术的发展、信息产业政策、国家经济发展等息息相关，总体可分为四个阶段；第一阶段（早期机房）：19591979；第二阶段（中期机房）：19801990；第三阶段（近期机房）：19901999；第四阶段（现代机房）：2000年后；,一、IDC的历史及其演变,1.1、第一阶段,计算机技术的发展历程：晶体管集成电路大规模集成电路。主要为国产设备，用于国防、科研及特殊领域；里程碑：59年9月，我国第一台大型电子管计算机104研制成功；65年6月，我国自行成功研制第一台晶体管大型计算机109乙机；74年8月，DJS 130小型多功能计算机研制成功，共生产1000台；78年1月，以inter 8080为CPU的微机，配I/O部件的DJS-054微机研制成功；环境要求：该时期的计算机对环境要求苛刻，温、湿、尘都严格控制，没有机房环境标准，每台设备都需要专门的场地，这就是当时的机房；,1.2、第二阶段,硅技术的发展，使微机、超微机、小型机、大型机、超大型机诞生，改革开放使计算机脱去了神秘面纱；里程碑：80年，MS-DOS/PC-DOS开发成功；82年，Compaq公司发布IBM-PC兼容机；83年，我国第一台PC机长城100诞生；88年，我国第一套国产以太局域网系统诞生；89年，创立Word Wide Web，超文本链接上网；这个时期计算机、机房和网络开始工业化和标准化，出台了计算机站场地技术要求标准，这个时期开始引进机房专用空调、UPS电源设备（逆变器从可控硅到晶体管脉宽波的转型期）等，初步形成计算机机房的概念，主要在国防、金融、电信等行业应用；,1.3、第三阶段,这个阶段计算机通信技术大幅发展，计算机作为网络中的一个节点运行，从X.25帧中继-ATM网络，从拨号-卫星-光纤专线，计算机和通信成为不可分割的一体，我国和世界的差距越来越小；里程碑：1990年，微软windows3.0发布，兼容MS-DOS；1991年，上海长途首次开通电子邮件业务；1992年，windows3.1发布、1995年，win95发布；1996年，全国骨干网chinanet建成开通、1998年，信产部解决千年虫问题；1999年，中国电信和经贸委发动“政府上网工程”；此时的计算机技术已经成熟，电源广泛采用开关电源（-48V直流），120-240V、50-69Hz的电源环境下可运行，疑惑：机房电源的发展方向？稳压？稳频？零地电压的超高（2V）的烦恼（金融系统的卫星小站设备损害率极高）！隔离变压器、综合接地等有效措施摸索了多年。,1.4、第四阶段,21世纪，计算机技术的飞速发展，人们已经不太关注计算机自身性能，而是更关注他的应用，数据中心（Data Center 原是全球协作的特定设备网络）的概念由此引入并延伸。目前，各大行业（金融、保险、通信、公安、税务、国家安全）均在建设基于自身业务需求的网络数据中心，这就是IDC；IDC的概念：互联网数据中心（Internet Data Center）简称IDC，就是通过互联网通信线路、带宽资源，建立标准化的专业级机房环境，为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务；IDC的功能：通过使用电信部门的IDC服务器托管业务，企业或政府单位无需再建立自己的专门机房、铺设昂贵的通信线路，也无需高薪聘请网络工程师，即可解决自己使用互联网的许多专业需求。主要应用范围是网站发布、虚拟主机和电子商务等。早期没机房标准、手工作坊式；中期有了电力、空调、消防、环境等基本标准；现代智能化、集成化、高效安全、节能减排；,二、IDC的历史问题-1,数据中心所要支持的业务系统要求与企业IT架构的设计、基础设施的设计严重脱节。建数据中心的目标不明晰、领导意识起重要作用、规模、资金、业绩、倒推。设计标准落后，基础研究空白，缺乏统计数据。多用93年标准，现流行TIA-942，大多写电信业的通信、写综合布线、写光纤网络接入，基础设施方面提的比较少。基础研究空白，国内没有专门的跟数据中心对口专业机构。缺乏统计数据，现在的数据发展很快，虽然有很多数据中心，但是没有统计过其运行的能耗、效率、成长生命周期、成本与盈利。设计建造依靠经验，缺乏科学的方法和工具。空调冷量平衡计算和风量计算，基本凭经验算。数据中心三维空间内任意一点的风压分布，有没有办法做计算？（CFD模拟）。,技术经济指标、节能措施缺乏计算和考虑。不考虑建设有效单位成本，单位耗电量是多少，所有的只是经济指标，在收支两条线。目前，最热的话题是节能，据统计，截止2005年，美国36%的电力全部消耗在各个数据中心，数据中心的节能是非常重要的。如果考虑到环境成本，问题可能更加严重。目前计算机设备越来越便宜，电力越来越贵，按照这个趋势发展，未来十年，一个数据中心能不能开得起是能不能付得起电，而不是能不能买得起计算机，观贯彻科学发展观理念！,二、IDC的历史问题-2,三、IT系统的基本组成,三、IDC的基本组成：基础物理设施NCPI（Network Critical Physical Infrastructure),物理结构：建筑物结构、空间、地域环境、承重、层高等；电力系统：高低压变配系统、柴油机组、UPS设备、电池系统、UPS设备及配电、机架配电、直流配电等空调系统：制冷技术、空调设备、气流组织、送风方式、机架微环境、布局工艺、综合布线、架空地板等；消防系统：消防类型、灭火介质、系统联控、消防监控及联动等；监控系统：设备监控（UPS、空调）、电力监控、闭路电视安保监控、门禁监控、个性开发等；,四、IDC机房的电力系统组成及其结构形式,高低压变输配电系统,2、直流电网：10年3月10日，世界第一条500KV（目前较高电压等级的还有800KV）、180万kw(额定300万kw双回路直流输电线路葛沪直流综合改造（三沪回直流）线路工程正式通过竣工验收，4月1日正式送电。工程西起湖北省荆门换流站东至上海枫泾换流站，全长976千米，额定输送功率300万千瓦。工程投产后，湖北至上海的500KV输电线路送电能力将由过去的720万KW增加到900万KW，送电能力相当于上海用电负荷的45%左右。,1、交流电网,高低压变输配电系统,3、国家电网交流线路输配示意图,4、国家电网常用的电压等级及输送距离,终端高低压变配电结构,高低压的用电及精细化管理,S总=2*5000KVA（如，定值）：该机房的装机总额定容量；S实（KVA）：电表记录的负载的实际视在功率；P实（KW）：电表记录的负载实际有功功率；Q实（Kvar）：电表记录的负载实际无功功率；COS：功率因数；S契（KVA）：每月的电力契约值；F基（元）：每月的基础电费；F实（元）：实际消耗的电力费用；F调（元）：根据功率因数进行电费调节的力率调整费用；F罚（元）：是电业部门对用户执行的超过契约用电量的罚款；F总（元）：当月总的用电费；,电费计算公式及参数介绍,1、函数关系：S实=（P实2+Q实2）1/2；COS=P实 S实；2、电费计算公式：F总=F实+F基+F罚+F调；F实=Dj电费单价 P实；F基=39 S契（KVA）；F罚=（S实-S契）39 2；F调=F实（0.85-COS）2；,F基=39S契（KVA），39是电业部门的规定，按用电需求契约申请的基础费用；最佳状态是F罚=0，而F基保持最佳数值（即S实=S契）；在安全运行的前提下，科学地计算和预测次月的用电需求，合理申请契约容量，可最大限度地节约基础电费。,就某机房的实例分析,如：本月的使用容量为：S实=2800KVA；经预测，次月使用量约3150KVA：1、常规管理：甲、乙两路市电各申请的契约容量为：S契=3150KVA，做到一主一备，当某路线路故障或中断时，翻至另一路供电。此时，2台变压器工作、另2台变压器备用，则该月的基础电费为:F基=3931502=24.6万元，F罚=0；2、改进管理：如果根据情况，按实际需求申请：甲路 S契=1400KVA，乙路S契=1750KVA，当市电无故障时：F基=39（1400+1750）=12.3万元，F罚=0；当某路市电故障时，其最高的费用支出为：F基=12.3万元，F罚=1750*78=13.5万元；当双路市电均出现故障时，其最高的费用支出为：F基=12.3万元，F罚=3150*78=24.6万元；备注：凡因供电方故障引起的电力中断，在上海可至电业局申请免于罚款！,调整前后的费用比较,COS值的概念和模形建立,P：有功功率；Q：无功损耗；M：谐波损耗；S：无谐波视在功率；S：总的视在功率；S=（S 2+M2）1/2=（P2+Q2+M2）1/2,柴油机组（简）,柴油机是IDC机房不可或缺的应急后备电源，特别是在西部或者市电不稳定的地区。主要有：燃气轮机组、柴油机组等；匹配发电机时，要考虑其容量所保护的范围：整个机房？仅仅网络设备？部分重要负载？发电机组要考虑与UPS容量的配比，注意发电机输出的负载特性和带载能力等问题，防止谐振！,感性负载,容性负载,等于与İZ的矢量和,五、UPS的技术原理及 常用的组合结构,5.1、UPS设备分类,UPS定义：即Uninterruptible Power Supply缩写，其分类多样性：按动静分：旋转型、动静型、静止型；按功率分：大、中、小功率；按输出波形分：方波、正弦波；按输入出电压的相数分：三相、单相及混合型；按功率器件分：SCR、功率晶体管、MOS场效应管、IGBT等；按频率分：工频、高频；不停电方式：在线式、后备式、线交互式。,4,3,5.2、常用的静止变换型UPS设备分类（中华人民共和国通信行业标准YD-T1905-2008）,在线式UPS(On line UPS)：逆变器始终为负载提供所需能量，并监测、调整UPS的输出参数。当输入交流电压、频率和输出容量在允许范围内时，UPS的输出电压值、旁路功能、频率与相位跟踪功能、电池充电功能均正常的工作方式。互动式UPS(Line interactive UPS)：交流输入正常时，通过稳压装置对负载供电，变换器只对电池充电。交流输入异常时，电池通过变换器对负载供电。当输入交流电压、频率在允许范围内时，变换器对电池处于充电状态的工作方式。后备式UPS（Passive stand-by UPS）：交流输入正常时，通过稳压装置对负载供电。交流输入异常时，电池通过逆变器对负载供电。,UPS的电气性能参数（在线式）,UPS的电气性能参数（互动式）,UPS的电气性能参数（后备式）,5.3、UPS的主要保护和告警功能,输出短路保护：输出负载短路时，UPS应自动关断输出，同时发出声光告警。输出过载保护：输出负载超过UPS额定功率时声光告警，超过过载能力时，在线式UPS应转旁路供电；互动式与后备式UPS应自动关断输出；电池低电压保护：电池电压降至保护点时，声光告警，停止供电；输出过欠压保护：输出电压超过设定过、欠电压值时，声光告警，在线式UPS应转为旁路供电。互动式与后备式UPS应自动关断输出；遥测、遥信性能：UPS应具备RS232或RS485/422、SNMP、USB标准通讯接口；遥测：交流输入/输出电压、输入/输出电流、输入输出频率、蓄电池充电电流/电压/温度/后备时间、负载率等在线查阅和远程浏览功能；遥信：同步/不同步、逆变/旁路、过载、蓄电池低电压、市电故障、整流器故障、逆变器故障、旁路故障和运行状态等记录；电池组智能管理功能：定期对电池组进行自动浮充、均充转换，自动温度补偿及电池组放电记录功能。,5.4、UPS的基本电气结构（整流、直流、逆变）,5.4.1、整流电路分类,单相可控整流电路单相半波可控整流电路单相桥式全控整流电路单相全波可控整流电路单相桥式半控整流电路三相可控整流电路 三相半波可控整流电路 三相桥式全控整流电路,5.4.2、整流的基础概念,整流电路是出现最早的电力电子电路，功能是将交流电变为直流电，其内容分类为：按组成的器件分：不可控、半控、全控三种按电路结构分：桥式电路和零式电路按交流输入相数分：单相电路和多相电路按变压器二次侧电流的方向分：单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路,5.4.3 单相半波可控整流电路（阻性负载）,单相半波可控整流电路及波形,直流输出的平均电压（脉动）与控制角的关系,直流输出的平均电流（脉动）与控制角的关系,在选择晶闸管以及导线截面定额时，从发热的观点按电流的有效值计算I2,功率因数与触发角的关系,5.4.4、单相半波可控整流的参数关系曲线（阻性负载）,由于直流是脉动电流，故其有效值比平均值大得多。当=0，即全导通时，I2=1.57Id，随着逐渐增大，I2Id之值越来越大。在单相半波整流电路中，整流输入输出以及流过晶闸管的电流都相同；对于整流电路，经常要考虑到功率因数和对电源要求的视在功率等问题；,5.4.5 单相半波可控整流电路（阻感性负载）,负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角的关系若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小若a为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。,5.4.6 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）,第2章第36页,5.4.7 单相桥式全控整流参数曲线（阻感性负载）,单相桥式半控整流电路,5.4.8 单相桥式可控整流电路（阻感性负载）,单相桥式全控整流电路,5.4.9 三相半波可控整流电路（共阴极）,负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、宜滤波时用；基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广；,三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形,5.4.9 三相半波可控整流电路（共阳极）,三相半波整流电路中晶闸管有两种接法：一种是把三个晶闸管的阴极联在一起，称共阴极接法；另一种是把三个晶闸管的阳极联在一起，而三个阴极分别接到三相交流电流，这种接法称为共阳极接法；共阳极接法因螺旋式晶闸管的阳极接散热器，可以将散热器联成一体，使装置结构简化，但三个触发器的输出线圈必须彼此绝缘。,整流电压平均值的计算 a30时，负载电流连续，有：,5.4.10 三相半波可控整流电路参数,a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，有：,上面介绍了共阴极接法和共阳极接法两种线路的工作特点，在什么情况下采取那种接法？多数情况下应采用共阴极接法，因为这时阴极联在一起，其门极接线有公共线比较方便。但有时共阴极和共阳极两种方法并做是比较合理的。如可逆线路，如果采用共阴极接法供给正向电压，则反向电压可由共阳极接法供给。进一步分析时会发现两种接法并用更合理（略）。,5.4.11 三相桥式全控整流电路,5.4.11 三相桥式全控整流波形,工业上广泛应用的三相桥式整流电路就是从三相半波电路发展而来的，UPS整流便是IDC机房最广泛的应用，某些小容量UPS 或者开关电源的整流部分也有采用单相桥式的整流方式的；如图：电阻性负载,5.4.12 三相桥式全控整流电路,当a60时，如a=90时电阻负载情况下的工作波形如图三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90时的波形,5.4.13 三相桥式全控整流电路,输出电流平均值为：Id=Ud/R,当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为：,带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：,5.4.14 三相桥式半控整流电路,在中等及偏大容量的整流装置中、在不要求可逆的电力拖动中，例如造纸机、印染机、化纤机等的速度控制系统，还有如同步电动机的励磁控制系统。只要这类生产机械对控制系统的静、动态特性要求并不太高，在满足工艺要求的情况下，都可以用比三相全控桥更简单的线路，即三相桥式半控整流电路。,附图1 单相半波可控整流电路及波形,附图2 带阻感负载的单相半波电路及其波形,附图3三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a=0时的波形,附图4三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形,附图5 三相半波可控整流电路，电阻负载，a=60时的波形,附图6 三相半波可控整流电路Ud/U2与a的关系,附图7三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形,附图8 三相桥式全控整流电路原理图,附图9三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形,附图10三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30时的波形,附图11三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60时的波形,附图12三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90时的波形,附图13 三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0时的波形,附图14 三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形,附图15 三相桥式整流电路带阻感负载，a=90时的波形,5.5UPS设备三相全控整流器各器件的工作时序图,逆变电路,逆变电路是和整流电路原理相反的一种工作方式，其原理分析与介绍从略！UPS的逆变电路是将稳定的直流通过SCR或IGBT等器件的可控触发转换为稳定的定频（50hz）交流电；逆变输出跟踪的是旁路系统的相位，在配电中，尽量让旁路系统和主输入系统来自不同的电源；在并机系统中，关键注意其不同机组之间的相差、幅差、环流等参数，以及其通讯的稳定性、可靠性等；逆变器应注意其过载能力、承受负载的瞬变、波动能力等，关注其输出的稳压、稳频精度，多机组的同步和保护能力等；,5.6、UPS供电系统设计,虽然目前市场上UPS配置名目繁多且差别很大，但常用的有5种：单台系统、并联冗余、串联冗余、分布式冗余、双总线等；冗余时注意事项：停机成本的影响：间、直接的成本（人、财、物）；风险承受能力：企业信誉、其他行业可借鉴的经验和技术等；可用性要求：可否在计划时间段内停机；负载类型：单、双电源设备；成本预算：2N或2N+12N+2.；,5.7、单机UPS原理图,5.8、具有公共静态旁路的并联UPS的结构框图,5.9、具有分散静态旁路的并联UPS的结构框图,5.10-1、模块化UPS,模块化UPS具有可用度高且容易生产、运输、安装、维护、扩容的特点，是UPS未来的发展趋势。2008年，我国模块化占UPS整体销售额为3.9亿元，UPS整体市场的13.5%；同比增长7.2%，比UPS整体市场增长率高出1.5个百分点。模块化UPS相当于一种机架式服务器的概念延伸，技术本质上与静态UPS没有区别，按照电路结构，模块化UPS可分为功率模块结构式和UPS结构模块结构式。第一代模块化结构，特点是功率模块和控制模块分离，任意一个模块不能单独供电，存在单点故障，可靠性不太高。第二代模块化结构的UPS是将整套UPS做成一个模块，任何一个模块都可单独供电，所以它的可靠性远 高于第一代。其概念上的优势在于：1、单模块容量小；2、冗余度小（N+1，N值较大）；3、可在线热插拔；4、便于维护；5、便于动态扩容；6、可靠性高；7、节能减排；,5.10-2、模块化UPS的可靠性高,单机UPS在组合完成后可靠性就不能再改变了。但模块化UPS的可靠性会随着组合的变化而改变。一个单机UPS和一个模块UPS的可靠性R1=0.99，即故障率是1%，那么，一个120kVA的单机UPS可靠性就是0.99，而120kVA的模块UPS，如果每个模块是15kVA，采用7+1的组合，可靠性R7+1为（相比单UPS提高10倍）：R（7+1）=1-(1-r7)(1-r)=1-(1-0.997)(1-0.99)=0.999021 如果采用6+2组合，其可靠性R6+2为（可靠性比单机时提高了100倍）：R（6+2）=1-(1-r6)(1-r)2=1-(1-0.941480)(1-0.99)2=0.9999941;随着负载的减小，可靠性还会增大。假如负载定位是100kVA，实际负载在90kVA以下时，就可以用6+2的组合，故障率比单机时降低100倍。如果实际负载低于75kVA，就可以是5+3的组合，可算出故障率比单机时降低1000倍。这是单机UPS无论如何都无法做到的。,5.10-3、模块化UPS的注意事项,两代模块化UPS在质量、技术水平和功能上差别极大，切不可只从价格上看问题；模块化UPS还存在成本高、实际运行可靠性不如理论计算值高等问题，需要对其进行深入研究，进一步提高其可靠性，降低投资成本；不同模块化UPS厂商采用的电路、元器件相差甚微，其同等元器件的体积和重量差别也很小，因此，UPS产品的单位体积重量也相差无几。所以，在选用模块化UPS时，如果产品的体积、重量、价格与常见产品相差甚远，要引起注意（曾经有设备冒烟、起火，甚至爆炸的先例）；主流UPS有120kVA和40120kVA两个功率段。尽管模块化UPS拥有优势，但其技术难度大，厂商需要投入的研发成本，为了收回投资，模块化UPS的定价普遍高于传统UPS（近同容量的2倍）。事实上，模块化UPS的材料成本比传统UPS高不了多少。随着模块化UPS的技术的进步，大规模生产将成为现实，其价格也将逐渐下降。,5.11-1、柴油机式UPS（动态）,一个将柴油机组和UPS相统一的动态式不间断电源装置；没有电池系统；在理念上高于传统的电池式UPS+柴油机的配电方式；理论概念上的优势需要实践的验证；,5.11-2、柴油机式UPS的工作原理,2、切换为柴油机模式：市电中断或超限时，Q1断开，耦合器线圈得电，内转子动能传递到外转子，发电机保持1500转速；柴油机启动，2s内加速至1500，自由轮自动结合，几秒内，柴油机+感应耦合器共同驱动发电机正常供电；在5-10s内，柴油机进行单独正常供电；,1、柴油机UPS的市电模式：电抗器+发电机相当于有源滤波器，防止市电干扰；发电机作为电动机驱动耦合器外转子1500r/m；通过激励外转子线圈相对内转子以3000r/m运转，动能存储于内转子；感应偶器的外转子与柴油机由自有离合器分隔；,5.11-3、柴油机式UPS的工作原理,3、柴油机模式：柴油机模式时，外转子内的两极线圈再次通电，内转子重新加速至3000转；期间，系统通过检测、数字化自控等手段实现稳频，即时有负载巨变仍可使频率波动稳定在很小范围内；,4、返回市电模式：市电恢复稳定，ups与市电同步，闭合Q1；柴油机减速至1450r/m，自由轮离合器断开；发电机返回电动机状态，感应耦合器外转子保持1500转速；柴油机空载运行冷机后停机进入待机状态；,5.11-4、柴油机式UPS 的冗余组合方式,系统的冗余结构：柴油机式动态UPS可以与传统的静态UPS一样做到并联、串联、主从、交叉结合等多种冗余方式，从而排除单机或容量不足的缺陷，排除单一公共母线的引起的故障，不会出现共用电故障。,5.11-5、柴油机式UPS 的性能参数,5.11-6、动态式UPS与静态电池式UPS的比较,5.12-1、Delta变换技术UPS基本组成原理图,1、输入输出滤波器：抑制电网尖波传至负载，或负载高频干扰反输电网。属典型的抗共模、差模干扰滤波电路；,2、主电路静态开关：2个单向SCR反向并联，正负半周分别导通防止电池逆变时逆变输出反向馈电；（静态旁路类似，导通关断靠信号控制）；,3、Delta变换器：可双向传输功率的4象限高频（15khz）半桥变换器，输出变压器传入主电路，输出对主电路电压补偿，控制输入电流和电压同相位、同幅值的正选波（功能：无功补偿达0.99、谐波隔离5%、波形补偿等，属于典型的功率因数校正电路PFC)；,4、逆变器和电池回路：逆变器相当于稳压源、辅佐Delta完成电流源功能（0.99）、在Delta 控制下充电；,5.12-2、Delta变换技术UPS技术特点及优势,1、Delta变换技术UPS来源于有源滤波技术，它从根本上打破了传统UPS的设计思路和电路模式，消除了传统UPS的固有缺陷，代表着UPS电路的技术发展方向；,2、输入功率因数0.99，在计算机负载THDI30%时，其UPS输入的THDI5%，使UPS具有良好的双向抗干扰功能；,3、在Delta变换器的控制下，主逆变器完成对电池的充电功能，抑制输入、输出电压突变，具有输入电压幅值和波形畸变的补偿功能15%，使输出稳压精度1%；,5.13-1、高压直流供电,随着IDC设备电路集成度、单位功率密度的大幅升高，使得IDC机房对通信电源设备的安全性、可靠性、可扩展性、高效率等方面提出了更高的要求，且以UPS交流为供电模式的发展已到了瓶颈，过渡冗余、大量堆积、低效率、高故障、难维护等缺陷无法跨越；,高压直流供电也许是一个全新的发展方向，系统相对以UPS系统交流供电来讲，具有可靠、节能的优点已逐渐被业界接受、研究，在通信系统中的应用具有广阔前景。,高压直流供电系统相对目前的UPS 具有扩容方便、可靠性高、效率高等突出特点，它将是一个有发展前途的电源系统结构；,直流高压供电的技术要求并不高，具有结构简单直观，掌握群体广，维护方便等优势；,5.13-2、高压直流供电结构,无论idc前级什么供电方式，其计算机负载最终电路板芯片都是低压直流供电，如12V、5V、3V和1.1V等，其结构图如下：,高压直流供电方式的拓展，需要实践、时间的验证。其适用的电压等级、布线方式、投资和拥有成本、设备效率和能耗、可用性、可靠性等相关数据都需要在实际中验证；,5.13-3、直流高压供电推广所面临的问题,成熟的-48V直流无法移植：目前成熟的是-48V直流系统，对于高功率密集度的IDC来说，-48V的电压传输高功率的电能，大线缆线路的布防将是无法逾越的鸿沟；标准问题：不采用-48V，通过提高电压等级解决，但提到多少？220？380？500？没有权威机构的标准出台，生产商、用户等都将变得无所适从；通用设备的限制：目前，市场上通用的是220V的单相交流电源，改造为直流供电后，服务器设备的生产商配套也需要同步改造，没有统一规范或标准的支撑和约定，将变得混乱；有待实践、时间的验证：高压直流供电的优势是相对于目前的交流UPS发展到一定程度后出现的劣势的理论比较，其自身在实际应用中的优、劣势尚待时间、实践的进一步检验；,5.14、UPS的容量计算,机房面积：S（M2），安装的机架数量：N（只）；单机架电力：单相电压220V，电流I（A），功率P=0.22*I（KW），按照机房性质、负载性质、机架大小、设备密集程度等综合因素考虑（一般的游戏型IDC单机架综合平均电流按1015A）；机架的同时需用系数：（一般考虑取0.80.9）；电力的综合功率因数：COS=0.8；UPS的有效容量计算公式：S总=P*N/COS（KVA）；根据机房标准、安全需求、机房基础等情况综合选择合适的冗余度，确认UPS不同的组合方式、不同结构形式等；,六、UPS 的蓄电池,6.1、UPS的蓄电池,1、蓄电池是一种能将电能与化学能进行相互转化的装置，UPS实现的不间断供电，其储能靠的就是蓄电池，目前UPS常用的是密封免维护铅酸蓄电池，其能量转化关系如下：正极的反应：PbO2+3H+HSO4-+2e=PbSO4+2H2O；负极的反应：Pb+HSO4-=PbSO4+H+2e；电池反应：Pb+PbO2+2H+2HSO4-=2PbSO4+2H2O；2、常用的单电池电压规格有：2V（单体）、6V（3单体串）、12V（6单体串）；3、电池放电容量及其影响因素：额定容量：在规定的工作条件下，蓄电池能放出的最低电量称为额定容量。电池规定的工作条件为：10小时率电流放电，电池温度为25，放电终止电压为1.8V。实际容量：在特定的放电电流，电解液温度和放电终了电压等条件下，蓄电池实际放出的电量称为实际容量。影响放电容量的主要因素有：放电电流、放电温度和电解液浓度。,6.2、蓄电池的充电特性,1、蓄电池充电终期电流表,2、蓄电池容量特性受环境温度影响较大，其折算公式为：,3、密封蓄电池的充电特性曲线,4、蓄电池放电时率表,6.3、蓄电池的放电特性,5、密封蓄电池的放电特性曲线,6.4-1、蓄电池容量的选配方法,蓄电池的恒电流放电曲线法（根据最大放电电流确定）：Imax=P*COS/(*E临界*K）PUPS的标称输出功率（va）；COS负载功率因数，计算机负载为0.7；UPS逆变器的效率（0.85-0.9）；K电池放电效率（取0.95）；E临界UPS蓄电池组的临界放电电压（通常12V-10.5V、6V-5.25V、2V-1.75V）；如：一套UPS，P=200kva、后备时间要求20min、逆变器工作电压384V*2（半桥），电池采用12V*32节，临界放电电压320V*2（单节10V）、COS=0.8、逆变器效率0.9、电池放电效率0.95，最大放电电流为：Imax=200000VA*0.8/(0.9*0.95*320*2）=292A查表可选接近200Ah的蓄电池，具体选用时按厂商提供的数据考虑；,6.4-2、蓄电池容量的选配方法,利用恒功率放电功率或恒电流放电功率来确定电池容量：Pw=P*COS/(K*N*U）PUPS的标称输出功率（va）；COS负载功率因数，计算机负载为0.7；UPS逆变器的效率（0.85-0.9）；K电池放电效率（取0.95）；N*UUPS逆变器工作电压；如：一套UPS，P=200kva、后备时间要求20min、逆变器工作电压384V*2（半桥），电池采用12V*32节，临界放电电压320V*2（单节10V）、COS=0.8、逆变器效率0.9、电池放电效率0.95，恒：Pw=200000VA*0.8/(0.9*0.95*12*32）=487w可据此值查表确认相应的电池规格；,6.5-1、电池质量与使用中的常见问题,电池失水：失水量达到3.5ml/Ah时，电池可用容量降低25%以上，当失水量达25%时，电池寿命终结；外壳变形：外壳变形致使电池内阻增大、电解液不能有效发挥；电池漏液：产生腐蚀、高内阻等缺陷；电池容量不足：极板腐蚀变形、内部材料配置不合格、工艺不当、正极板活性物质不足；电池浮充电压均匀性差：常规要求电池电压与整组平均值差小于50mv；热失控：电池内部发生复合热反应、环境温升1C，单电池电压降约3mv；排气阀失效：致使内压升高而变形损坏。,6.5-2、UPS的电池问题,1、大部分电池生产厂家对阀控蓄电池的设计寿命都在10年以上，但在实际使用中，蓄电池往往在两、三年就出现严重劣化，有的甚至只有一、两年时间，使用超过5年的蓄电池且保持性能的比例很少；统计资料表明，由于蓄电池故障引起的通信电源事故高达35%以上。该情况不仅在国内，在国外也很普遍；（举例）2、需要注意的主要问题：电池本身的质量问题，厂商无良；维护问题-环境差、方法不当；UPS设备故障引起；,七、IDC机房的配电以及ATSSTS的应用和特性,7.1、UPS及输入输出配电结构单回路、单UPS系统回路图,不同的机房，因建设的时期、设计风格、使用的地域、建筑物、建设单位和组织人员等不同都有所不同，早期的单回路、单UPS系统的配电情况如上图；,7.2、UPS及输入输出配电结构双回路、双UPS系统,比较公认的高用性的双回路、双UPS系统,7.3、机房及机架配电结构,机房配电：是指IDC机房内的配电，一般由二级UPS配电屏、列头柜、机架内部配电等，其基本结构见图,7.4、ATS和STS的技术比较,ATS（自动转换开关，Automat Transfer Switch）和STS（静态转换开关，Static Transfer Switch）的基本功能都是将两路不同的电力实现自动切换功能的一种装置；ATS是靠机械式触点切转的，STS是电子式无触点切转，原则都是先断后通，切换时间有差异，其用途上有区别；STS用来实现两个同步交流电源之间进行不间断（8ms）转换。两路交流电源的幅度、频率和相位差应控制在一定的范围内。主备电源之间不会产生冲击电流；ATS在功能上和STS相近，但切换时间要远长于STS，两路电力，在实现切换时，为保障安全，其切换时长与开关容量、两路电力的幅差、相序、同步情况等不同其时长要求也不同；ATS和STS都具有监测和控制回路，自动判断切换条件，对其电量、状态参数等都具有监控能力和智能通讯接口；,7.5、STS技术结构原理图,7.6、ATS的结构原理图,机架式STS（Multi-SWITCH）基本结构,1、机架式STS模块具备2路*16A的输入、8口*4A的输出；2、输出插座标准为8 IEC 320(10A)，输入插座标准 为2 IEC 320(10A)C19。3、具备RS232/485智能接口，可在线设置并监测端口电流和工作制式，输出切换时间小于8ms。4、所有端口输出电流和选择方式均可设定；,2023/2/1,Multi-SWITCH电气结构特性及应用优势,16,2023/2/1,多回路选择开关（Multi-SWITCH）接线方式,2023/2/1,7.7、电力系统的综合监控,详见综合监控一节内容,电力系统监控是IDC机房电力系统的重要组成部分，它的完善程度直接关系到机房的安全性、可用性、稳定性、可维护性，也是实现节能减排措施的重要依据和控制手段；,电力监控是全程的：物理链路上包括从高压低压 机房机架 尾端；设施内容上包括变压器、UPS、开关等；,监控手段、组合方式等应贯彻多样化、实用化、个性化,谢 谢,