数据中心供电的未来趋势
笔者结合行业资讯总结一下数据中心供电的未来趋势。
1、UPS高频化,提升整体运行效率
整流器使用IGBT,其开关频率远远高于工频机,因此称为高频UPS。高频UPS整流属于升压整流,其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高,一般典型值为800v左右,因此会单独配置一个电池电压变换器(充电器)。
相对于工频机,高频机具有很好的经济型,占地少、功耗低、适应性好,功率因素高等,但是因缺少后端的隔离变压器,抗冲击能力先对于工频机较低。同时,功率器件IGBT的承压就是直流母线电压750~800V,这样就必须挑选耐压值为1200V甚至1500V的IGBT功率器件,研究功率器件发现,耐压值越高的功率器件,其失效率越高。为了提高IGBT可用性,必须降低功率器件的承压,一是配置电池电压变换器;二可以从分两段接入电池组来降低电压;三是多电平逆变器,增加功率器件串联来分担高频机的800V直流母线电压。
2、UPS超级旁路,动态在线替换双变换模式
摘抄至三相UPS电源技术趋势。
市电通过整流器和逆变器进行能量的两次100%转换,输出1%精度的交流电给负载供电,但是负载供电范围较广,1%精度其实对IT设备没有多大价值。在双变换模式下,能量经过两次100%的转换后效率较低(90%~95%),同时电容、电感、功率器件IGBT等每秒钟都要承受所有的负载电流,元器件的疲劳老化严重,寿命降低,从而可用性降低。而ECO,旁路优先运行模式是市电在某些情况下不能够保证百分之百地能从旁路模式切换到逆变器模式,它会有一个切换时间,当切换时间超过IT设备能够承受的范围时,就会造成IT设备重启。
动态在线就是将市电和逆变进行有机结合,逆变器精确控制完成99%的能量是市电提供,逆变是补偿关键1%的电网波动和负载谐波。超级旁路优先运行模式最大的优点其实是:电容、电感、功率器件等没有承受所有的负载电流,长期处于轻载运行,逆变器本身一直在工作,不存在切换时间保证了可用性。
3、锂电池开始充电,带来更高运营效率
目前已有10%的数据中心已经采用锂电池作为后备能源,整体寿命、占用面积、能量转换效率、环保性等具有明显的比较优势。
4、HVDC高压直流供电,实现低投入高能效
参考笔者的文章-高压直流供电分析与双总线。
通信设备本是使用的直流电源。首先10kV线路经过变压器降压至AC380V形成交流母线,然后通过HVDC系统进行整流变换,替代传统在线式双变换UPS,改变靠硬件多重冗余来保障可靠性的高投入低能效模式。
5、巴拿马电源,减少中间能源转换环节
参考笔者的文章-数据中心供电模式创新-巴拿马电源。
巴拿马电源减少中间能源转换环节,省去低压配电系统,从中压10KV高压整流模块整流到240VDC,设备用电直接从直流母线获取电源。