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干货!维谛技术(Vertiv)详解数据中⼼供配电⼋⼤热点技术趋势

2021-01-11 17:54:57 14次

供配电系统作为数据中心正常运行的电力保障,其架构设计和产品选型无疑在数据中心整体设计中占有十分重要地位。在国家新基建和碳达峰/碳中和宏观政策实施过程当中,如何对数据中心供配电系统进行最优设计和管理,是众多数据中心用户面临的重大问题。

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值得一提的是,供配电系统依然是数据中心关键的资产和数据中心宕机的主要原因。日前,在“思无界·设享未来——维谛技术(Vertiv,NYSE:VRT)设计院高峰论坛”上,维谛技术(Vertiv)中国区数据中心解决方案部高级总监吴健,在深刻剖析数据中心供配电痛点的基础上,详解了供配电八大热点技术趋势。

这些趋势不仅代表着数据中心供配电系统建设发展的未来,也代表了维缔技术(Vertiv)的前瞻布局。

l 预制式全功率链电力模组,实现供配电高可靠和预防性维护

作为创新的方案,巴拿马供电技术在当下非常流行,具有峰值效率提高、工厂预制、模块化设计等特性,达到了物理融合的功能。但是这项技术也有相应的缺点,即缺乏旁路,前端两路市电之间无法实施低压母联。

维谛技术(Vertiv)APT预制式电力模组基于创新的研发设计有效弥补了这些短板。其特点是从10KV的中压开始,到中低压的配电,再到UPS以及输出插头,通过内置的PTMS全功率链智能管理系统,全面实现了供配电系统可预防性维护,而且前端两路市电可以实施母联。同时,系统基于工厂预制,现场快速安装部署,可以节约占地面积约30% ,同时峰值效率高达 98.5%。

l 供电最佳颗粒度,最大化发挥变压器和UPS容量每一个KW的价值

IBM基于标准化设施的最佳实践,提出了快速部署、可复制、操作性强的IT POD架构模型。POD模型就是5000个服务器,合计200个机柜,放在一个优化的数据中心模块内,每个机柜10KW,每个POD IT负载容量是 2MW。受限于变压器容量、UPS单机最大容量和并机最优台数,低压供电系统选择2.4MW、2 MW 、1.6 MW。

由于每个POD架构的容量是2MW,基于最大化资源价值的考量,最佳供电颗粒度推荐选择2M,一个10M的外电引入,可以对4个模块实现8MW的供电,剩余2MW可以给制冷设备供电。选择2MW的变低压变压器和UPS系统,对于整个数据中心来说,能够用尽变压器、UPS每KW的容量。

l 容性感性功率因素可调,采用“将UPS输入功率因数容性调成感性调控技术”以匹配发电机运行

柴油发电机是为感性负载设计的,感性负载产生的电流往往滞后,会产生负反馈,需要加大柴油发电机电流让输出电压更稳定,而容性负载有一个很大的特点,就是导致柴油发电机“过励磁”现象从而产生正反馈电压输出,所以对于容性负载,容易导致柴油发电机输出过压,甚至烧毁容性负载的现象情况。

针对这种痛点,维谛技术(Vertiv)Liebert®eXL系列大功率UPS整流器六个桥臂独立可调,可将输入功率因数容性调成感性,通过这一领先调控技术更好地匹配柴油发电机运行。

l UPS动态在线工作模式,在不降低可靠性的同时提高效率

维谛技术(Vertiv)的动态在线模式与ECO模式的区别,除了0ms切换时间之外,还可以起到有源滤波器的作用,是兼容UPS高可靠与高效的最佳实践。

动态在线方式的优点在于,以逆变器作为有源滤波器提供无功补偿,在100%非线性负载下效率最高可达99%以上。同时,动态在线方式基于智能专利算法,能够实现自适应快速切换。

l UPS带变频空调的谐波治理,解决UPS带变频空调的配比问题和部分谐波问题

目前变频空调越来越多,风冷型空调也越来越多,变频空调能够将PUE降到1.25以下,可以不用蓄冷罐实现连续制冷,但是空调产生的谐波需要1.8 倍的UPS配比。变频空调前端需要增加滤波器进行谐波治理。

对此,维谛技术(Vertiv)提供全面的解决之道。维谛技术(Vertiv)旗下的变频空调内置滤波器,可以将UPS系统直接切换到动态在线模式,不仅对变频空调进行了高效率的供电,而且不需要增大UPS配比。同时,维谛技术(Vertiv)动态在线UPS起到治理部分电流谐波的作用,动态在线UPS+滤波器+变频空调可以将变频空调输入谐波降到5%以下。

l 锂电三级保护系统,BMS系统是锂电池“三维立体保护” 提高安全运行的重要组成部分

维谛技术(Vertiv)数据研究表明,2020年在大型UPS配套的电池类型中,锂电池的使用比例已从以前的10%提高至30%。锂电池不仅拥有更长的使用寿命,更可靠的性能,而且不需要后续人员的维护,大幅降低了用户的总拥有成本。

当前主动均流技术存在重大安全隐患,因此应该严禁锂电池新旧电池组混并。对于锂电池而言,过压、过流、过温、物理撞击会造成其安全上的隐患。维谛技术(Vertiv)特别采用了底层“芯”级保护、被动快速防护、主动脱离的“三维立体保护”设计,确保锂电池应用的安全性,通过智能电池监控系统 (BMS),从一级电池控制、二级模块监控、三级系统监控,提供全方位的保护措施。

l 不对称2N系统,UPS RR架构可⽤性接近2N,提⾼市电的使⽤率及IT机柜得电率

由于片面追求低CAPEX,以前大型云计算公司和一些 COLO运营商采用一路市电 +一路HVDC TierIII供电模式, 但是由于市电直接带服务器导致服务器PSU故障率高,以及单路电池没有备份等原因导致大量服务器容易发生停电宕机,可用性大幅度降低,因此,头部的数据中心厂商目前已经放弃了一路市电 +一路HVDC的供电模式。此外,由N+1形成的假2N供电架构,也会由于UPS系统故障而导致IT服务中断。

目前,基于对可用性的追求,供电系统正回归可靠性最高的2N架构,但是2N架构下外电使用率仅为50%,这是一直困扰用户的最大问题。如何才能让供电系统既达到2N架构的高可靠性,又能提高外电使用率?维谛技术(Vertiv)提供创新的RR CatcherBus架构,在满足可用性的前提下,提高市电使用率到75%以上,从而提高IT 负荷得电率,并大幅降低变压器和 UPS供配电投资。

l 氢燃料电池替代柴油发电机,将氢燃料电池作为发电机的替代品,实现碳负排放⽬标

微软数据中⼼装有燃料电池、储氢罐和电解槽,可以将水分⼦转化为氢气和氧气,并与电⽹整合,提供负载平衡服务。在太阳能过剩的时期,可再⽣能源储存为氢⽓。在市电停电时期,微软可以启动氢燃料电池,为电⽹发电。

維谛技术(Vertiv)使用高可靠的EXL UPS+HPL锂电协助微软完成氢燃料电池替代柴油发电机138% 过载72小时测试。通过静态和动态调节输⼊市电,以显示UPS响应时间;加速过温测试不间断电源(UPS)系统可确保关键负载不停电。 

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从维谛技术(Vertiv)对供配电热点技术趋势的解析不难看出,不断发展变化的市场对供配电系统提出了全新的需求,而维谛技术(Vertiv)基于前瞻性的研发创新,所提供的一系列产品和解决方案,不仅能够帮助客户成功应对各种痛点和挑战,而且为客户带来了超高可用性、超高使用率以及超高节能减排的价值体验。

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