数据中心供电方案设计

1、1Delta Confidential中达电通股份有限公司中达电通股份有限公司UPSUPS产品处产品处李焕一李焕一 2011年年6月月数据中心供电方案设计数据中心供电方案设计2Delta Confidential目 录n 数据中心设计标准介绍数据中心设计标准介绍n UPSUPS供电系统存在的问题供电系统存在的问题n 供电系统选择方法供电系统选择方法n 模块化全隔离双总线方案模块化全隔离双总线方案n 产品介绍产品介绍3Delta ConfidentialGB50174GB50174可靠性、可用性要求可靠性、可用性要求4Delta ConfidentialTIA942可靠性、可用性要求可靠性、可用

2、性要求（1 1）系统可靠性问题；）系统可靠性问题； 单路径故障点多、设备可靠性差、维护难度大。单路径故障点多、设备可靠性差、维护难度大。 （2 2）系统电流谐波干扰问题；）系统电流谐波干扰问题； 电网和系统本身形成干扰、增加滤波设备、电网和系统本身形成干扰、增加滤波设备、 降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。（3 3）系统成本和能源消耗问题；）系统成本和能源消耗问题； 系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的存在增加了滤波系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的存在增加了滤波 设备、输入功率因数的低下降低了

3、系统设备容量利用率。设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。（4 4）系统标准化问题；）系统标准化问题； 系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。（5 5）系统的灵活性和可扩展、变更问题；）系统的灵活性和可扩展、变更问题； 以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。 （6 6）系统使用维护难度问题。）系统使用维护难度问题。 要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。UPSUPS供电系

4、统存在的问题供电系统存在的问题6Delta Confidential供电系统选择方法供电系统选择方法是否是否是否系统允许12小时/半年或者24小时/一年停机维护系统允许12小时/年停机维护系统要求每个子系统在维护期间都要冗余配置“N”系统“N+1”系统“2（N+1）”系统“2N”系统7Delta ConfidentialN N 系统定义：系统定义：与关键负载规划容量相等的单台与关键负载规划容量相等的单台UPS UPS 模块或一组并联模块或一组并联 UPS UPS 模块构成的系统模块构成的系统; ;N N 配置是关键负载供电的最低要求配置是关键负载供电的最低要求; ;为了系统维护为了系统维护,

5、,需要外部维护旁路，需要外部维护旁路，优点：优点：设计概念简单，硬件配置成本低廉；设计概念简单，硬件配置成本低廉；由于由于 UPS UPS 工作在设计满负荷条件下，因而其效率最高；工作在设计满负荷条件下，因而其效率最高；具备高于市电的可用性；具备高于市电的可用性；可进行并机扩展增容（并联多个额定值相同的可进行并机扩展增容（并联多个额定值相同的 UPS UPS 模块）。模块）。缺点：缺点：可用性有限，因为如果可用性有限，因为如果 UPS UPS 模块出现故障，负载将转换到旁路供电，从而模块出现故障，负载将转换到旁路供电，从而处于无保护电源下；处于无保护电源下；UPSUPS、电池或下游设备维护期间

6、，负载处于无保护电源下（持续、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下（持续 2-4 2-4 小时）；小时）；缺乏冗余，限制了在缺乏冗余，限制了在 UPS UPS 发生故障时对负载的保护能力；发生故障时对负载的保护能力；存在多个单故障点，这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。存在多个单故障点，这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。“N”N”系统系统8Delta Confidential定义：定义：输出直接并机，输出直接并机，“备用的备用的”容量至少等于一个系统模块的容量容量至少等于一个系统模块的容量; ;要求采用同一制造商生产的相同容量的要求采用同一制造商生产的相同容量的 UPS

7、UPS 模块。模块。优点：优点：可用性要高于可用性要高于“N”N”配置；配置；可根据需求的增长进行扩展。硬件布置不仅设计概念简单，而且成本低廉；可根据需求的增长进行扩展。硬件布置不仅设计概念简单，而且成本低廉；缺点：缺点：并联模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的并联模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的技术与配置；技术与配置；UPS UPS 系统的上游与下游仍存在单故障点；系统的上游与下游仍存在单故障点；在在 UPSUPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下由于各个由于各个 UPS UPS 设

8、备的利用率均低于额定用量，因此运营效率较低；设备的利用率均低于额定用量，因此运营效率较低；所并各台需要一个逻辑控制总线，因而存在单路经故障点；所并各台需要一个逻辑控制总线，因而存在单路经故障点；并机台数增多时，需要外部静态开关和并机控制柜，并机台数增多时，需要外部静态开关和并机控制柜，系统仍需要一个公共的外部维修旁路。系统仍需要一个公共的外部维修旁路。并联并联“N+1N+1”系统系统9Delta Confidential定义：定义：双总线系统、多路并联总线、双输入、双总线系统、多路并联总线、双输入、2(N+1)2(N+1)、2N+22N+2、(N+1) + (N+1) (N+1) + (N+1

9、) 以及以及 2N 2N 等都指的是该配置的变体。等都指的是该配置的变体。其基本设计概念，是允许每一个电气设备都可以在无需将负载转换到市电的其基本设计概念，是允许每一个电气设备都可以在无需将负载转换到市电的条件下出现故障或手动关闭。条件下出现故障或手动关闭。优点：优点：两条独立的供电线路，无单路径故障点，容错性极强；两条独立的供电线路，无单路径故障点，容错性极强；该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余；该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余；在在 2(N+1) 2(N+1) 设计中，即使在同步维护过程中，也仍存在设计中，即使在同步维护过程中，也仍存在 UPS

10、 UPS 冗余；冗余；无需将负载转换到旁路模式，即可同步维护；无需将负载转换到旁路模式，即可同步维护；更容易使各更容易使各 UPS UPS 系统均分负载，并了解哪些系统为哪些负载供电。系统均分负载，并了解哪些系统为哪些负载供电。在设计中无需再面对在设计中无需再面对 STS STS 设备及其复杂的故障模式，从而使系统可用性得到设备及其复杂的故障模式，从而使系统可用性得到了显著提高。了显著提高。缺点：缺点：冗余组件数量多，成本高；冗余组件数量多，成本高；由于未达到满负荷工作状态，由于未达到满负荷工作状态，UPS UPS 效率低下；效率低下；一般的建筑物不太适合采用可用性极高的双总线系统，因为这种系

11、统需要一般的建筑物不太适合采用可用性极高的双总线系统，因为这种系统需要对冗余组件进行分开放置对冗余组件进行分开放置( (实现更高级别的隔离实现更高级别的隔离) )。双总线系统冗余双总线系统冗余10Delta Confidential传统的双总线方案图传统的双总线方案图 两路市电经ATS1切换，与油机冗余后再经ATS2切换后到输入配电柜，即到两条不同总线上的UPS1和UPS2，两路输出再各经输出配电柜给双电源负载供电 为满足单电源负载的需求，增加了STS切换柜；并为使STS同步切换，又增加了LBS控制器市电1市电2ATS1油机ATS2输入配电柜UPS电源1UPS电源2输出配电柜1输出配电柜2ST

12、S单电源负载双电源负载LBSLBS11Delta Confidential传统双总线方案中的问题传统双总线方案中的问题单点故障点单点故障点问题：单点故障点多问题：同步控制器制约了可靠性12Delta Confidential全隔离双总线方案全隔离双总线方案 全隔离双总线方案，有最高可用性系统实现了单条总线与另一条总线各部分的冗余，和总线全隔离系统实现ATS、输入配电柜的冗余；将集中STS更改为分散机架ATS；采用台达UPS，减少了LBS控制器（功能已内置在UPS中）13Delta Confidential全隔离双总线方案的优势全隔离双总线方案的优势 全隔离 内置LBS无传统外置LBS的单点故障

13、问题 整个系统里没有互相影响的总线线路，可实现各总线隔离维修，具有更高的可靠性最短的MTTR和更高的可靠性 比如以2台60kVA的模块化UPS实现双总线方案，可靠性比传统UPS提高33倍 因为模块化UPS是热插拔模块结构，维修时间最短更经济的总体拥有成本 更低的初装成本，更低的运行成本，更低的扩容成本14Delta Confidential购置成本分析购置成本分析方案方案1 1普通普通UPSUPS 2N2N双母线双母线方案方案2 2模块模块UPSUPS 2N 2N双母线方案双母线方案单机容量单机容量60kVA60kVA60kVA(360kVA(3个个20kVA20kVA模块模块) )总容量总容

14、量60kVA60kVA60kVA60kVA主机数量主机数量2 2台台2 2台台ATSATS数量数量2 2台台3 3台台输入输出配输入输出配电电4 4套套4 4套套STSSTS1 1套套（60kVA60kVA）0 0套套机架机架ATSATS0 0套套3 3套套（3 3kVAkVA）电池组数电池组数2 2组组2 2组组15Delta Confidential扩容成本分析扩容成本分析方案方案1 1普通普通UPS 2NUPS 2N双母线双母线 方案方案2 2模块化模块化UPSUPS2N2N双母线方案双母线方案扩容方案扩容方案再并联再并联1 1台台60kVA60kVA以以20kVA20kVA模块为单位按

15、需扩容模块为单位按需扩容总容量总容量120kVA120kVA120kVA(120kVA(无须增加机柜无须增加机柜) )扩容占地面积扩容占地面积增加增加(UPS(UPS主机主机+ +电池电池) )只需只需增补电池增补电池扩容外部设备扩容外部设备增加增加( (电缆、空开等电缆、空开等) )无须无须扩容成本扩容成本高，扩容复杂高，扩容复杂低，仅购买模块热插入扩容低，仅购买模块热插入扩容16Delta Confidential运营成本分析运营成本分析 负载负载36kW36kW，因是，因是2N2N双母线方案，平时每路双母线方案，平时每路UPSUPS只只带带18kW18kW的负载，相当于每路运行的负载，相

16、当于每路运行37%37%的负载的负载方案方案1 1普通普通UPS 2NUPS 2N双母线双母线方案方案2 2模块模块UPSUPS 2N 2N双母线方案双母线方案UPSUPS带载带载37%37%37%37%整机效率整机效率88%88%94%94%耗电量耗电量( (度度) )43004 43004 20129 20129 自耗电费自耗电费( (元元) ) 工业用电工业用电1.51.5元元/ /度度64505 64505 30194 30194 年度节省电年度节省电费费( (元元) )34311 34311 17Delta Confidential两个方案综合比较两个方案综合比较 方案方案 项目项目

17、方案方案1 1普通普通UPS 2NUPS 2N双母线双母线方案方案2 2模块模块UPSUPS 2N 2N双母线方案双母线方案系统可靠性系统可靠性低低高高MTTRMTTR88小时小时1010分钟分钟系统可用性系统可用性低低高高设备投资设备投资高高高高运行成本运行成本高高低低18Delta Confidential智能容错智能容错 HIFT UPSHIFT UPS大中型系统的安全保障大中型系统的安全保障（20480kVA20480kVA）供电系统供电系统- -UPS19Delta Confidential 模块化设计，系统修复时间最少，修复效果最好模块化设计，系统修复时间最少，修复效果最好 N+X

18、N+X冗余，系统可靠性最高冗余，系统可靠性最高 从从2020到到480kVA480kVA，可以，可以20kVA20kVA为单位随需扩容，投资最经济为单位随需扩容，投资最经济 轻载效率即高达轻载效率即高达94%94%，运行成本最低，运行成本最低 小配件就可进行大管理，动环监控功能最全面小配件就可进行大管理，动环监控功能最全面供电系统供电系统- -UPS20Delta Confidential供电系统供电系统- -n 分路的电流侦测分路的电流侦测n 输出开关热插拔输出开关热插拔n 智能化智能化n 可实现网络管理可实现网络管理n 外观与机柜一致外观与机柜一致30KVA-300KVA30KVA-300KVA21Delta ConfidentialPDUPDU配配SNMPSNMP网卡网卡( (选件选件) )可以实现可以实现通过通过EthernetEthernet网络远程通讯网络远程通讯 l状态轮巡按钮，翻状态轮巡按钮，翻看运行参数；还有看运行参数；还有报警报警LEDLED，显示过流，显示过流或过