Thảo luận về chế độ cấp nguồn của phòng máy trung tâm dữ liệu
Trong việc xây dựng phòng IDC, việc xây dựng hệ thống điện chắc chắn được ưu tiên hàng đầu.Sự phát triển của các doanh nghiệp khác nhau và sự hoạt động ổn định của các máy chủ khác nhau không thể tách rời với việc cung cấp điện ổn định, đáng tin cậy và không bị gián đoạn.Bài báo này trình bày ngắn gọn về nguyên lý cơ bản, ưu nhược điểm và tính khả thi của một số cấu trúc hệ thống điện trong phòng IDC.
1 、 Nhu cầu cung cấp điện của phòng IDC có các đặc điểm sau
1. Độ tin cậy cao để cung cấp điện
Khách hàng của IDC thường là khách hàng doanh nghiệp và một số thậm chí là các trang web cổng thông tin.Nếu phụ tải bị gián đoạn, các nhà cung cấp dịch vụ IDC sẽ phải đối mặt với tổn thất rất lớn, vì vậy họ có yêu cầu cao về độ tin cậy cung cấp điện.
2. Khả năng chịu tải lớn
Đầu tư xây dựng phòng máy của IDC là rất lớn và sẽ tính đến tốc độ tăng trưởng kinh doanh trong vài năm tới nên có thể đảm nhận được khối lượng kinh doanh đủ lớn.Thông thường, khoảng 50-100 giá đỡ được đặt trong một phòng máy và tải của mỗi giá khoảng hàng nghìn watt.Do đó, phụ tải của một phòng máy khoảng hàng trăm đến hàng nghìn watt.Một trung tâm IDC có thể xây dựng nhiều phòng máy.
3. Chế độ cung cấp điện tương đối tập trung
Để chia sẻ rủi ro và tính đến sự thuận tiện của việc quản lý cung cấp điện tập trung, người ta thường xem xét theo khả năng chịu tải của một phòng máy là khoảng hàng trăm đến hàng nghìn KW.
4. Yêu cầu cao về ô nhiễm sóng hài của thiết bị
Với những yêu cầu ngày càng cao của nhà nước về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, các nhà khai thác viễn thông đã tích cực hưởng ứng.Đồng thời, phòng IDC cũng là đơn vị sử dụng điện lớn, là trọng điểm của các đơn vị cung cấp điện.Nó có mức độ chú ý cao đến sóng hài, đó là một xu hướng.
2 、 Giải pháp cấp nguồn UPS truyền thống
Thiết bị truyền thông dữ liệu truyền thống yêu cầu nguồn điện đầu vào AC, thường có cùng điện áp và tần số với nguồn điện thành phố, tức là nguồn điện xoay chiều một pha 220V, 50Hz.Hệ thống cung cấp điện của thiết bị truyền dữ liệu truyền thống là hệ thống UPS.Hệ thống UPS nói chung bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ biến tần, ắc quy và công tắc tĩnh.Khi nguồn điện bình thường, nguồn điện lưới được biến đổi thành nguồn điện một chiều thông qua bộ chỉnh lưu để cung cấp cho biến tần và đồng thời sạc pin.Biến tần chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC để cung cấp cho tải.Trong trường hợp UPS bị sự cố, tải có thể được chuyển đổi để bỏ qua nguồn điện chính thông qua công tắc tĩnh.Trong trường hợp mất điện lưới trong thời gian dài, tổ máy phát điện dự phòng sẽ cấp điện.
Mặc dù các thiết bị trong phòng IDC đều được cấp điện bằng nguồn điện 1 pha nhưng nguồn điện ngày càng lớn và nguồn điện của bộ lưu điện 1 pha không thể làm được rất nhiều, điều này còn nhiều hạn chế.Giải pháp là sử dụng bộ lưu điện ba pha để cấp điện, nguồn điện nói chung được chia thành ba pha và UPS được kết hợp cùng lúc để giải quyết độ tin cậy của nguồn điện.Vì UPS cuối cùng cung cấp điện cho thiết bị dữ liệu thông qua biến tần, nếu bộ biến tần và bộ phận chuyển mạch bị lỗi, ắc quy sẽ không trực tiếp cấp điện cho thiết bị dữ liệu, điều này sẽ dẫn đến thiết bị dữ liệu bị gián đoạn.
Một số chế độ cấp nguồn UPS phổ biến
1. Sao lưu nóng song song
Chế độ cấp nguồn UPS này giúp loại bỏ điểm lỗi duy nhất và rất dễ nhận biết, nhưng chỉ một UPS được tải cùng một lúc.Do đó, nó gặp phải các vấn đề về khả năng quá tải kém, main và máy dự phòng bị lão hóa không đồng đều, hiện nay ít được sử dụng.
2. Dự phòng song song
Ưu điểm lớn nhất của chế độ cấp nguồn UPS này là tải có thể được chia đều.Nếu bất kỳ UPS nào bị lỗi, nó sẽ bị cắt.Hệ thống UPS vẫn có thể hoạt động ở chế độ trực tuyến mà không cần chuyển đổi.Công suất hệ thống có thể được mở rộng bằng cách thêm UPS theo tải.
3. Chế độ cung cấp điện bus kép
Tính năng lớn nhất của chế độ cấp nguồn UPS này là cung cấp đồng thời hai bus cấp nguồn không bị ảnh hưởng lẫn nhau, tương ứng được cung cấp cho tải kép hoặc cho tải đơn thông qua STS.Phương pháp này cũng loại bỏ điểm lỗi đơn lẻ, nhưng giới hạn trong sơ đồ cung cấp điện, LBS (điều khiển đồng bộ) và STS (chuyển mạch hai chiều) được thêm vào, do đó điểm lỗi cũng được thêm vào.
Ưu điểm của sơ đồ cung cấp điện UPS:
Chương trình kỹ thuật đã hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Đầu ra AC, không dễ kéo hồ quang.
Nhược điểm của sơ đồ cung cấp điện UPS:
Rất khó để đấu song song và đồng bộ điện áp, tần số và pha là bắt buộc.
Thiết kế hệ thống phức tạp và có nhiều điểm lỗi
Có nhiều giai đoạn chuyển đổi và hiệu quả tương đối thấp
Sóng hài đầu vào cao và hệ số công suất thấp
3 、 Giải pháp hệ thống hybrid chia sẻ bus 48V
Cấu trúc của hệ thống cấp nguồn này có đặc điểm là hệ thống cấp nguồn của tải DC và tải AC sử dụng bus 48V làm nguồn cấp đầu vào.Trong trường hợp mất điện lưới hoặc hỏng bộ chỉnh lưu, nguồn điện của bus - 48V không bị gián đoạn vì pin được kết nối song song với bus đầu ra.Tải một chiều được cấp nguồn trực tiếp bởi - 48V bus, và tải xoay chiều được cung cấp bởi biến tần, tức là, biến tần được cấp nguồn bởi - nguồn DC 48V thay thế cho các bộ nạp.
Ưu điểm của giải pháp hệ thống hybrid:
Công nghệ đã trưởng thành.Nguồn điện 48V là nguồn điện liên tục thực sự với đầu ra thuần túy, do đó tính ổn định chung của hệ thống được cải thiện.Không dễ kéo hồ quang và có độ an toàn cao.
Nhược điểm của giải pháp hệ thống hybrid:
Trong chuỗi công suất của phụ tải xoay chiều, số lần biến đổi công suất tăng lên, điện áp thấp và dòng điện lớn làm tăng tổn thất và giảm hiệu suất hệ thống.
Cấu trúc hệ thống cung cấp điện này chỉ áp dụng cho trường hợp tải xoay chiều là công suất vừa và nhỏ.
4 、 Giải pháp cấp nguồn điện áp cao RAC loại chỉnh lưu
Đại diện bởi nguồn cung cấp điện mới tốt nhất cho các mạng và dịch vụ viễn thông mới do Intelec công bố năm 2001 và nghiên cứu mới về công nghệ cung cấp điện RAC tích hợp Viễn thông và Truyền thông dữ liệu được công bố năm 2000, France Telecom đã thử nghiệm nó.Hệ thống cung cấp điện RAC, tương tự như hệ thống cung cấp điện 48V DC truyền thống, bus DC được thay thế bằng bus chỉnh lưu, thực chất là DC xung.Hệ thống bao gồm cầu chỉnh lưu, bộ pin cao áp, công tắc ắc quy, bộ sạc, vv Cần bù dòng điện hài đầu vào và hệ số công suất của hệ thống cung cấp điện RAC này, và bộ triệt tiêu sóng hài phải được kết nối song song trên RAC xe buýt.
Ưu điểm của giải pháp cấp nguồn cao áp Rac:
Chỉ có một giai đoạn chuyển đổi trong toàn bộ mạch cung cấp điện, với tổn thất thấp và hiệu suất cao;Bộ sạc pin chỉ dùng để sạc pin offline nên dung lượng nhỏ, giá thành rẻ.Nhược điểm của giải pháp cấp nguồn cao áp Rac:
Điện áp cao và các tiêu chuẩn an toàn cao được thông qua;Một số lượng lớn pin đơn được sử dụng, điều này đòi hỏi phải quản lý pin chặt chẽ hơn.
5 、 Thảo luận về tính khả thi của nguồn điện một chiều điện áp cao
Điều kiện cấp nguồn bên trong của thiết bị dữ liệu là nguồn điện bên trong của máy chủ máy tính, màn hình, máy in và các thiết bị điện khác đang chuyển đổi nguồn điện.Nguồn AC 220V đầu vào được chỉnh lưu và lọc thành DC 300V, sau đó được giảm và ổn định thành điện áp thấp thông qua ống công tắc nguồn và biến áp đóng cắt để cung cấp điện cho từng bộ phận.Nói chung, điện áp xoay chiều nằm trong khoảng 110-250V và điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu và lọc là từ 150v-340v.Do đó, nếu điện áp một chiều 150v-340v được cấp vào các thiết bị này, thiết bị có thể hoạt động bình thường.Xét rằng điện áp định mức nằm trong khoảng 228v ~ 280v (19 hoặc 20 pin 12V dự phòng), nguồn DC vẫn là 228v ~ 280v sau khi đi qua mạch chỉnh lưu cầu và bộ lọc, và nằm trong khoảng 150v-340v, vì vậy việc chuyển đổi Nguồn cung cấp vẫn có thể hoạt động bình thường, Các thí nghiệm hiện tại cho thấy hiệu quả là tốt khi thiết bị dữ liệu đầu vào về dc270v.
6 、 Giải pháp 1 của hệ thống cấp nguồn DC điện áp cao
Đầu vào AC, mạch chỉnh lưu, pin lưu trữ và bộ sạc của sơ đồ nhà cung cấp DC điện áp cao I giống như hệ thống cung cấp điện RAC.Điểm khác biệt là hệ thống cấp nguồn Rac cung cấp trực tiếp RAC đến bộ chuyển đổi DC / DC công suất cao tập trung, sau đó chuyển đổi thành DC270v điện áp cao ổn định.Công ty NTT của Nhật Bản đã thử nghiệm hệ thống này.Trong trường hợp mất điện đầu vào AC, pin cung cấp 270V DC cho thiết bị tải thông qua bộ chuyển mạch DC và bộ chuyển đổi DC / DC công suất cao.
Ưu điểm của hệ thống cung cấp điện này:
Độ tin cậy và hiệu quả cao, đặc biệt khi công suất của thiết bị phụ tải lớn;Giá thấp;
Nhược điểm của hệ thống cung cấp điện này:
DC / DC công suất cao đơn được thông qua, với điện áp cao, dòng điện cao và các tiêu chuẩn an toàn cao;Một số lượng lớn pin được sử dụng, điều này đòi hỏi phải quản lý pin chặt chẽ hơn.
7 、 Giải pháp II của hệ thống cung cấp điện HVDC
Đề án này là hệ thống cung cấp điện thử nghiệm cho các nhà khai thác viễn thông trong nước nhằm cải thiện khả năng cung cấp điện cho phòng IDC.Yancheng Telecom là đại diện đầu tiên.Bây giờ một số chi nhánh viễn thông và chi nhánh di động đã thử nó.Tương tự như hệ thống cung cấp điện 48V truyền thống, nó bao gồm nhiều bộ chỉnh lưu dự phòng song song và pin.Trong điều kiện bình thường, bộ chỉnh lưu chuyển đổi nguồn điện lưới thành nguồn điện một chiều 270V để cung cấp cho thiết bị viễn thông và sạc pin cùng lúc.Trong trường hợp mất điện lưới, ắc quy sẽ phóng điện để cung cấp điện cho thiết bị viễn thông.Trường hợp mất điện lưới lâu dài thì tổ máy phát điện dự phòng phải cấp điện.Như với hệ thống cấp nguồn DC 48V truyền thống, thời gian chờ của pin là 1 ~ 24h và thời gian chờ của pin thông thường là 1 ~ 3H.Những ưu điểm của hệ thống cung cấp điện một chiều cao áp này đã được phản ánh đầy đủ trong quá trình thử nghiệm.
Ưu điểm của hệ thống cung cấp điện này:
Độ tin cậy: đầu ra mô-đun của nguồn điện và pin được kết nối trực tiếp song song để cung cấp điện cho tải, pin được kết nối trực tiếp song song với bus đầu ra, và nguồn điện của bus không bị gián đoạn.Điều khiển phân tán phân cấp được thông qua, và mô-đun chỉnh lưu và CSU được điều khiển độc lập trong trường hợp lỗi để tránh sự khuếch tán lỗi.
Dễ dàng bảo trì: hoạt động song song dễ dàng, thiết kế nguồn điện theo mô-đun, hỗ trợ phích cắm nóng, thay thế dễ dàng, điều khiển phân tán theo thứ bậc, mô-đun chỉnh lưu và CSU có thể được điều khiển độc lập để dễ dàng bảo trì.
Quản lý thông minh: giống như hệ thống cung cấp điện 48V DC truyền thống, quản lý hệ thống áp dụng chế độ quản lý thông minh toàn diện;Việc quản lý phần pin là hoàn hảo, giúp kéo dài tuổi thọ của pin một cách hiệu quả.
Không có nhiễu sóng hài và dễ dàng mở rộng dung lượng: đối với máy tính và máy chủ, đầu vào DC được sử dụng, không còn vấn đề về pha và tần số.Kết nối song song nhiều máy trở nên đơn giản và dễ dàng mà không bị nhiễu sóng hài.
An toàn: tủ điện tiêu chuẩn được áp dụng để giám sát tình trạng cách điện của đầu ra shunt và bus trong thời gian thực, với độ an toàn cao.
Hiệu suất chi phí: đối với hệ thống có cùng công suất, hệ thống cấp nguồn DC cao áp áp dụng chế độ n + 1, có mức đầu tư thấp và hiệu suất chi phí cao.
Nhược điểm của hệ thống cung cấp điện này:
Hệ thống cung cấp điện này yêu cầu các thành phần đặc biệt DC;Yêu cầu cao đối với thiết bị dập tắt hồ quang;Do điện áp cao và không có giao nhau, nó có yêu cầu cao về an toàn.
7 、 Giải pháp 3 của hệ thống cung cấp điện HVDC
Sơ đồ 3 của hệ thống cung cấp điện một chiều cao áp tương tự như sơ đồ 2. Điểm khác biệt là hệ thống cung cấp điện trong sơ đồ 3 có thêm mạch tăng áp để tăng điện áp đầu ra một chiều lên 400V (hệ thống cung cấp điện tương tự này có một điểm thực nghiệm ở công ty di động, với điện áp một chiều 350V).Nó là một nguồn cung cấp điện cao áp đặc biệt cho máy chủ.Hiện tại, máy chủ này vẫn đang được phát triển.Do điện áp đầu ra của hệ thống cao nên một số máy chủ đang sử dụng không khả dụng, tuy nhiên do một số ưu điểm vượt trội nên nó có thể trở thành xu hướng phát triển trong tương lai.
Ưu điểm của hệ thống cung cấp điện của sơ đồ này:
Nguồn cung cấp mô-đun, pin kết nối trực tiếp với tải, cung cấp điện cho xe buýt không bị gián đoạn;Hiệu suất điện năng cao nhất và tiết kiệm năng lượng nhất;Đầu ra là DC, không có hệ số tỷ lệ và các vấn đề về sóng hài, với khả năng chịu tải tối đa;Cáp cấp nguồn nhỏ nhất giúp tiết kiệm chi phí và không gian.
Nhược điểm của hệ thống cung cấp điện của sơ đồ này:
Việc lắp đặt và gỡ bỏ lỗi dễ gây phóng điện hồ quang;Yêu cầu cao về độ an toàn và yêu cầu cao đối với các thiết bị.
phần kết luận
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thông đã thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ thiết bị cung cấp điện.Sơ đồ 2 và sơ đồ 3 của hệ thống cung cấp điện một chiều điện áp cao đặc biệt thích hợp để cung cấp điện cho phòng IDC trong những trường hợp có công suất thiết bị cao vì độ tin cậy cao và hiệu suất cao.Sơ đồ 2 phù hợp với máy chủ hiện tại và cũng là sơ đồ phù hợp nhất cho việc chuyển đổi nguồn điện trong phòng IDC.Sơ đồ 3 có thể là một xu hướng phát triển của cung cấp điện thiết bị trong phòng IDC.Hệ thống cung cấp điện tốt nhất trong phòng IDC là gì vẫn đáng được thảo luận và nghiên cứu sâu và cuối cùng sẽ tìm ra phương án phù hợp.