创新型数据中心供电系统设计与规划的探讨

  李成章:迄今为止,对于绝大数UPS生产厂商而言,因种种原因、尚未找到制备大功率升压型IGBT整流器的有效技术途径。在此背景下,为了能制备出大功率的高频机UPS(例:300、400、500KVA UPS),常采用所谓1.0级高频机UPS的制备技术:采用由多台三相、小功率的UPS功率模块”并机”的技术途径来组成、从外观上看起来似乎是一台完整的”大功率UPS单机”的设计方案,对于这样的、由N台三相UPS功率模块所组成的高频塔式机UPS和由数量更多的、更小容量的功率模块所构成模块化UPS而言,在它的UPS单机的内部必然存在”交流型的环流”。众所周知:并机的数量越多,这种可能会危害并机系统安全、稳定运行的”环流”也越大、UPS发生故障的几率必然会增高。在此背景下,如果高频机UPS的内置功率模块的总并机数量过多的话,发生故障的几率就会增大,从而导致UPS供电系统的平均无故障工作时间被大幅度地缩短。

  此外,在市售的部分1.0级高频机UPS中,由于它的电池组带N线,对于这种高频机UPS产品而言,当它处于电池放电工作状态时,还可能因无法保证它的”正电池组”与”负电池组”的端电压和内阻相等而导致在UPS的N线上出现”直流型的环流”,从而遗留下新的故障隐患。

  同单机“多功率模块型”的高频机UPS和模块化UPS相比,由于在2.0级高频机UPS中,采用了电池组“不带N线”和单机“单功率模块型”的新晰设计理念,使得它能在确保获得97%高效率的前提下,还能大幅度地提高UPS冗余并机供电系统的可利用率和平均无政障工作时间、电池组节数调节范围的高灵活性和设备安装的高适应性。

  有关大功率的2.0级高频机UPS与1.0级高频机UPS之间的性能对比被示于下表中。

  表1 2.0级高频机UPS与1.0级高频机UPS性能对比

  从上表可见,我们可以通过判断:在一台UPS单机内、是否存在“交流环流”、电池组是否带“N线”以及当电池组放电时,在UPS的N线上、是否存在“直流偏置电流”等技术指标来判断:一台高频机UPS到底是1.0级产品?还是2.0级的产品?

  为了更进一步地提高高频机UPS单机的可靠性,艾默生网络能源公司所推出的、输出功率分别为300KVA、400KVA和500KVA 的Liebert eXL系列的2.0级大功率高频机UPS采用一体化设计方案,在UPS单机内“无环流”。在这里,采用了“单相功能模组”设计理念,所有的”功能性部件”均采用易拆卸的、模块化制备工艺,使得其可装配性和可维护性得到明显的改善;其逆变器采用更先进的T型三电平拓扑,双变换工作模式的效率高达97%;采用电池组不带N线的设计方案后,不仅彻底消除在UPS的N线上出现”直流偏置电流”的故障隐患。而且,还可明显降低电池组电缆的采购成本,有利于降低Capex。

  有关Liebert eXL系列2.0级高频塔式机UPS与1.0级高频塔式机UPS和1.0级模块化UPS的性能对比被列于下表中。

  表2 Liebert eXL系列UPS与1.0级UPS性能对比

  同在UPS单机内存在“并机环流”的多功率模块型的、”1.0级”高频塔式机UPS和模块化UPS相比,对于采用电池组“不带N线“+单机“单模块型”的设计理念、所制备的”2.0级”高频塔式机UPS产品而言,它能在確保获得97%高效率的前提下,还能获得在UPS单机内“无环流”,并进而大幅度地提高UPS并机供电系统的可利用率、电池组配置的高灵活性和设备安装的高适应性等技术优势。

  电气应用:在数据中心机房供电系统中,发电机供电系统也是非常关键的环节,请问应如何进行设计与规划?

  李成章:首先我们先来分析一个案例。2016年4月22日11:00,当某金融机构的托管机房、在执行新旧”3+1”UPS并机系统的更换升级改造时,在发电机带载的工况下,人工关闭3#和4#UPS,由1#和2#UPS带载。在带载率为90%的情况下、运行50分钟后,因UPS过热,导致UPS冗余并机系统被切换到交流旁路供电状态。此后,在发电机组直接驱动后接的IT设备运行12分钟后,由于发电机组因发生”失磁”故障而进入”自动关机”状态,从而导致UPS输出停电,并造成部分服务器被损坏和银行业务瘫痪7小时32分钟的不良事故。