UPS电源简介:
UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流式电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护
UPS是“电力保护神”,它能够通过市电整流,然后给蓄电池充电,再通过蓄电池给逆变器供电,以此达到在市电断电之后,能为负载提供洁净、不间断的供电等目的,避免因市电中断、杂讯干扰、谐波干扰、三相不平衡、雷击或突波、电压过高或过低、频率异常而带来的资料流失、设备故障、硬件损毁、系统宕机等安全隐患。
该方案采用一路市电,一路油机通过ATS转换后给UPS供电。两台UPS的主输入和旁路输入都分别由输入配电柜内的不同开关引入。主机采用山特模块化A系列UPS,可根据负载需要陆续扩容,始终保持各机单独带载时模块还是N+1冗余的。每台UPS至少配置两组蓄电池,每组蓄电池都有自己的开关。 UPS输出侧可根据零地电压的高低决定是否增加隔离变压器,如须增加隔离变压器,则该变压器采用H级绝缘等级的,并且配上旁路开关。两台UPS的输出分别接到两个配电箱内,双电源设备直接从两个配电箱内取电;单电源设备分别从UPS1或者UPS2的输出配电箱内取电,实现正常情况下两台UPS的负载均分,单电源设备上游的配线和空开也采用冗余配置。
下面根据数据中心对UPS电源系统的几项要求谈谈该方案的合理性:
一.系统简单实用、安全可靠
1. 按照安全级别要求,数据中心的电源系统应当有双路电源输入,但是并不是每个企业单位都具备这个条件,就算向电力局申请到了双电源,也需要花费巨资架线、安装变压器等,并且还不能保证两路交流电的总源头不是一个,就算总源头不是一个,也不能保证这两路市电不会同时断开。也就是说花费了人力﹑财力,终还不一定能达到目的,所以不如自己备一台油机,平时不用,一旦市电停了再去开启都来得及,因为UPS还有电池在放电。由于两台UPS的输入始终是同一路电,彼此间不需要安装任何装置就能保证它们的相位一致,这样有三方面的好处:一是有效节省购买系统同步追踪器(LBS)的投资;二是排除系统同步追踪器(LBS)的单点故障点;三是两台UPS是彼此独立的,没有相互关联,任何一台故障都不会影响到另外一台,从而提高了系统的可用度.
2.每台UPS的主输入和旁路输入都有其独立的开关,万一主回路有问题使开关跳脱了,UPS还可以转电池,电池有问题还可以转旁路,不会造成UPS的输出端停电。
3.山特模块化A系列UPS单机系统的可用度A≥99.9998%,已能满足大型数据机房的要求,两台机器组成双母线后,彼此没有任何控制关联,各自的可用度不受影响,而由这两台UPS组成的冗余式双电源系统的可用度将呈数量级的增长。
4.每台UPS至少配两组电池,每组电池都有各自的开关,这样任何一组电池坏了都可以实现在线更换,并且不会造成系统宕机,因为UPS都还有另外的一组电池可用。
5.更为重要的是,山特模块化A系列UPS是模块化UPS,跟传统的大型工频UPS相比,其维修要方便快捷的多,平均维修时间MTTR不到传统工频 UPS的五分之一。由于UPS电源系统的可用度 A=MTBF/(MTBF+MTTR),所以MTTR是影响电源系统可用度的一个很关键因素。事实证明,通过提高平均无故障时间MTBF来提高系统可用度 A是非常困难的,而通过缩短平均维修时间MTTR来提高系统可用度A,其效果则是非常明显的,并且在一定程度上也是可控的。
二.提供双路电源输出,满足各服务器需求
该方案中,UPS系统的输出电源为双路,分别接到两个配电箱内,双电源设备直接从两个配电箱内取电;单电源设备分别从UPS1或者UPS2的输出配电箱内取电,实现正常情况下两台UPS的负载均分。目前市场上的服务器多数都是双电源的,单电源的已很少,数据中心用的单电源服务器多数应是以前留下来的。这里不主张在单电源服务器前边加装STS,因为单台模块化UPS已经具备了N+X冗余功能,可用度A达到了99.9998%以上,已能满足数据机房对电源的要求,加装STS后就等于增加了一个单点故障点,它的故障将给数据中心带来灾难,国内已不乏这样的案例。对于双电源服务器,其上游的配线和空开已经做到了冗余备份,对于单电源服务器,这里对其上游的配线和空开也进行冗余配置,这对实现系统各环节的可靠均衡,获得整个系统的佳可用度来说是非常重要的。此外,对于国标要求的 “电源设备应靠近主机房设备”﹑“电源应采用地下电缆进线”﹑“配电线路宜采用铜芯屏蔽导线或铜芯屏蔽电缆”等内容,本方案也都符合。
三.可陆续扩容﹑节省系统首次投资
UPS电源系统可陆续扩容,这是模块化UPS的一大优势。在企业数据中心建造之初,由于负载很轻,可以少放几个模块。例如负载容量为 40KVA,每台UPS可以放三个模块,形成由两台60KVA UPS组成的双母线系统,同时每台UPS又是并联冗余的模块系统。正常运行时,每个模块的带载量约为33%,每台UPS中的任意两个模块故障都不会对负载产生影响;整个系统的6个模块中,任意4个模块同时故障都不会对双电源负载产生影响。当负载容量需要由现在的40KVA扩充为60KVA时,可以给每台 UPS增加1个模块,形成由两台80KVA UPS组成的双母线系统。正常运行时,每个模块的带载量约为37.5%,可允许每台UPS中的任何两个模块故障,就算其中一台UPS完全故障了,所有双电源负载及部分单电源负载都不会受到影响,另一台UPS至少还有1个模块是冗余的。随着负载量的增加,各UPS模块在正常运行时所带的负载量会越来越接近于 50%。
山特模块化A系列UPS的这种配置方案,可以不预留过多的裕量,当负载功率增加时再陆续扩容,这样可以将一次巨额投资化解为陆续投资,并且使UPS系统一直维持在一个相对较高的负载百分比下。山特模块化A系列UPS在负载量达到30%时,整机效率就可达到94%以上,单个模块的效率达到95%以上,极大地节省了电能。
传统的大型工频UPS体积庞大,扩容时相应的空开﹑电缆﹑电池﹑空间等都要相匹配,很难实现在线扩容。所以在开始设计和建造数据中心时,往往就对以后几年的负载量进行了预估,将UPS设备一步到位。这样一开始就要投入一笔巨额资金,并且在数据中心运行初期,各UPS的负载量可能还不到其额定容量的10%,相应的设备效率也不会超过50%,造成资源的极大浪费。
美国山特UPS电源总谐波失真(THDI)3%,线性负载下的输出总谐波失真低于2%,对电网的谐波降到低,有效减少电网负荷和电源损耗。优良的输入参数,对市电电网表现出纯电阻特性,是理想的环保高效性UPS。
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