數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率(DCC)在柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用在持續(xù)增長(zhǎng)。DCC應(yīng)用作為數(shù)據(jù)處理中心(DPCs)電源的一種可替代電源，它的特性使它能滿足數(shù)據(jù)中心設(shè)施對(duì)可靠性和可用性的需求。
那么，DCC功率與現(xiàn)在的備用功率或應(yīng)急功率有何區(qū)別？它對(duì)于選擇最好的發(fā)電機(jī)組有何影響？該如何確定哪種發(fā)電機(jī)組最適數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目?
一 數(shù)據(jù)中心對(duì)備用電源需求的持續(xù)增長(zhǎng)
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，很多產(chǎn)業(yè)都與這項(xiàng)技術(shù)接軌。網(wǎng)絡(luò)信息的流量也隨之越來(lái)越大，存儲(chǔ)、處理和分析如此海量的數(shù)據(jù)(即我們所指的“大數(shù)據(jù)”)成為必然。因此，發(fā)電行業(yè)也必須適應(yīng)這種新的工作方式，并服務(wù)于這種不同于銀行、貿(mào)易、休閑娛樂(lè)或政府機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)業(yè)，協(xié)助其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。
數(shù)據(jù)中心能讓企業(yè)和用戶快速讀取數(shù)據(jù)，但維持?jǐn)?shù)據(jù)中心正常運(yùn)轉(zhuǎn)及給機(jī)房散熱都需要消耗大量的電力。這些設(shè)施的溫度維持在20 ℃左右，是服務(wù)器的理想工作環(huán)境溫度。
即使僅僅幾分鐘的電力中斷，都可能使整個(gè)企業(yè)的工作中斷，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，這些設(shè)施不僅需要穩(wěn)定的電力，它們的連續(xù)可用性還必須有備用電源提供保障。這正是專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組的用武之地。
多種因素共同決定著如何在市場(chǎng)上現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行選擇：
a. 主電網(wǎng)的可靠性;
b. 發(fā)電機(jī)組整體預(yù)算;
c. 數(shù)據(jù)中心所存數(shù)據(jù)的敏感度，決定著在出現(xiàn)電源中斷時(shí)要求被保護(hù)程度的高低。
二 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)定
可靠性和可用性是數(shù)據(jù)中心為客戶提供優(yōu)質(zhì)、不間斷服務(wù)的關(guān)鍵特性，尤其是涉及敏感數(shù)據(jù)時(shí)。這兩個(gè)特性很大程度上都取決于電力供應(yīng)。因此，且不說(shuō)高質(zhì)高效的設(shè)備，選擇一個(gè)和所處理的數(shù)據(jù)相匹配的供電系統(tǒng)是至關(guān)重要的。
Uptime Institute是一個(gè)國(guó)際公認(rèn)組織，它對(duì)如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心設(shè)施進(jìn)行規(guī)定和認(rèn)證。它根據(jù)數(shù)據(jù)中心的可用性分為四個(gè)等級(jí)：Tier Ⅰ 、TierⅡ、Tier Ⅲ 和Tier Ⅳ 。數(shù)據(jù)中心所擁有的提供持續(xù)電源和應(yīng)急電源的設(shè)備數(shù)量是決定它們屬于哪一等級(jí)的重要因素。
Uptime Institute等級(jí)劃分是如何影響所要安裝的發(fā)電機(jī)組大小的呢?
要回答這個(gè)問(wèn)題，首先要理解Uptime Institute是如何區(qū)分應(yīng)急電源和替代電源的。
應(yīng)急電源符合Uptime Institute所規(guī)定的Tier Ⅰ或Tier Ⅱ，替代電源需滿足Tier Ⅲ或Tier Ⅳ要求。Uptime Institute對(duì)數(shù)據(jù)中心等級(jí)要求如表1所示。
要被認(rèn)為是可替代電源，并滿足Uptime Institute Tier Ⅲ和Tier Ⅳ的要求，則該發(fā)電機(jī)組必須在主電源發(fā)生故障時(shí)能提供持續(xù)電力。這意味著發(fā)電機(jī)組容量必須足夠大，能在要求的負(fù)荷水平下提供持續(xù)電力而不受時(shí)間限制。
依據(jù)ISO 8528 - 1：2005《Reciprocating internal combustion engine driven alternating currentgenerating sets —Part 1： Application，ratings and performance》，這種運(yùn)行方式可歸類為COP(ContinuousOperation Power，持續(xù)運(yùn)行功率)。
三 不能按照COP選擇發(fā)電機(jī)組容量的原因
既然已經(jīng)有了COP（持續(xù)運(yùn)行功率）定義，那為什么不用來(lái)選擇發(fā)電機(jī)組容量呢？
發(fā)動(dòng)機(jī)的COP功率是標(biāo)定功率或常用功率的80 % ~ 90 %。根據(jù)它們的COP來(lái)選擇發(fā)電機(jī)組容量，意味著需要選擇容量更大的發(fā)動(dòng)機(jī)，這會(huì)相應(yīng)地增加發(fā)動(dòng)機(jī)本身的成本，也需要更大的安裝空間和更多的散熱。
此外，發(fā)動(dòng)機(jī)將不能在其最高效的負(fù)載點(diǎn)下工作，即100 % 功率左右。
因此，為了更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也為了給終端客戶節(jié)省不必要的成本，發(fā)電機(jī)組行業(yè)主要的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商新發(fā)布了一個(gè)新的功率定義—— 數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率(DCC)。
大多數(shù)情況下，根據(jù)ISO8528 - 1：2005標(biāo)準(zhǔn)，這和它的PRP(Prime Power，主用功率)定義相符。換句話說(shuō)，即100 % 功率。
但有一點(diǎn)不同：在這種情況下，它是持續(xù)供電的。在統(tǒng)計(jì)分析故障可能性，并考慮到現(xiàn)有設(shè)備的使用情況后，這些制造商認(rèn)為：在有穩(wěn)定電網(wǎng)的國(guó)家，應(yīng)急機(jī)組實(shí)際投入運(yùn)行的頻次是很小的;而且，當(dāng)真正投入使用時(shí)，也只需運(yùn)行很短的一段時(shí)間。正因?yàn)槿绱?，可以允許發(fā)動(dòng)機(jī)以更高的負(fù)載率運(yùn)行。
四 DCC功率定義如何符合Uptime Institute的要求
盡管發(fā)動(dòng)機(jī)不能無(wú)限時(shí)地維持PRP功率(由于它需要承受機(jī)械和熱負(fù)荷)，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商用DCC定義來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不受時(shí)間和平均功率百分比限制。因此，發(fā)電機(jī)組的大小依據(jù)此DCC功率來(lái)設(shè)計(jì)，便能達(dá)到Uptime Institute Tier III和Tier IV的要求，因?yàn)樗鼈儩M足作為替代電源的條件。
正如前面提到的，這必須在主電源故障概率較小的情況下，所以發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商限定它們?cè)陔娋W(wǎng)穩(wěn)定的國(guó)家使用。甚至在某些情況下，要依據(jù)被它們認(rèn)為擁有穩(wěn)定電網(wǎng)的國(guó)家名單。
如果主電網(wǎng)足夠可靠，或數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)敏感性要求較低，或不嚴(yán)格要求數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可讀取性，那么數(shù)據(jù)中心設(shè)施的有效性百分比將降低，它們會(huì)被歸類為Uptime Institute Tier I或Tier II。這時(shí)會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)組的備用功率來(lái)選擇發(fā)電機(jī)組作為備用電源，以減少安裝費(fèi)用。各等級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定如圖1所示。
五 為數(shù)據(jù)中心提供電源的發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵特性
用于數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)組及其部件的特性與用于其它設(shè)施的備用機(jī)組的特性大都相同，盡管DCC機(jī)組對(duì)某些部件的選擇要求會(huì)更嚴(yán)。
所有部件中最重要的是發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組電力產(chǎn)生來(lái)源于它。用于DCC項(xiàng)目的發(fā)動(dòng)機(jī)必須帶有電子調(diào)速器，這樣無(wú)論何時(shí)電網(wǎng)發(fā)生故障，要求它啟動(dòng)時(shí)都能快速調(diào)到合適的電壓和頻率。這些參數(shù)一旦確立，發(fā)動(dòng)機(jī)能在以后的運(yùn)行中維持不變。決定選用的發(fā)動(dòng)機(jī)容量大小時(shí)，不僅要考慮以上提到的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的這些因素，同時(shí)也要考慮其他所有項(xiàng)目通用的環(huán)境因素，如環(huán)境溫度和海拔。
為有嚴(yán)格可靠性要求的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目選擇發(fā)動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)系統(tǒng)是非常重要的。如HIMOINSA公司可以通過(guò)2臺(tái)帶獨(dú)立電池系統(tǒng)的電動(dòng)馬達(dá)組成的冗余啟動(dòng)系統(tǒng)或1臺(tái)電動(dòng)馬達(dá)加1臺(tái)氣動(dòng)或液壓馬達(dá)的組合提高發(fā)電機(jī)標(biāo)配啟動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
選擇能給啟動(dòng)系統(tǒng)提供足夠電能的免維護(hù)電池也很關(guān)鍵。此外，與所有備用電源應(yīng)用相同，為了保證快速啟動(dòng)并迅速帶負(fù)荷，使用電阻加熱器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)的冷卻液加熱很重要。這樣，當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能處于最合適的溫度。加熱電阻可加裝一個(gè)泵來(lái)幫助冷卻液循環(huán)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體冷卻液溫度更加均衡一致。最后，利用油泵進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑也會(huì)提升啟動(dòng)速度。
發(fā)電機(jī)是發(fā)電機(jī)組另一個(gè)關(guān)鍵部件。一個(gè)高效的AVR(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié))能保持電壓變化值低于0. 5 %;一個(gè)設(shè)計(jì)合理的繞組能維持低諧波失真率和電信干擾值。使用PMG永久勵(lì)磁可為AVR提供獨(dú)立于主繞組的電源，在突然加載時(shí)也能可靠運(yùn)行，以此保證調(diào)節(jié)器保持良好的勵(lì)磁輸出。繞組高質(zhì)量的浸漆、IP23防護(hù)等級(jí)、防潮加熱器，對(duì)于發(fā)電機(jī)組的持續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是在環(huán)境濕度高的地方。
在數(shù)據(jù)中心設(shè)施里，發(fā)電機(jī)組有時(shí)安裝在底層或地下，讓外面的空氣自由進(jìn)入的通道很少，冷卻裝置的選擇也很重要。因此發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)商必須有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)通過(guò)中間冷卻器和二次回路的方法，在更高的樓層或屋頂安裝遠(yuǎn)程冷卻系統(tǒng)。如在阿里巴巴集團(tuán)數(shù)據(jù)中心，HIMOINSA公司提供24 MW備用電源，設(shè)計(jì)有一個(gè)遠(yuǎn)程冷卻系統(tǒng)，臥式散熱器安裝在大樓頂層。
發(fā)電機(jī)組的控制器負(fù)責(zé)控制、監(jiān)測(cè)和操作上述所有要素。市面上有不同品牌的控制器，用于不同的應(yīng)用。HIMOINSA公司有專門控制自己生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)組而設(shè)計(jì)的控制器，它們能檢測(cè)到電網(wǎng)故障，通過(guò)指令啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及警報(bào)位于建筑物里的樓宇管理系統(tǒng)中，為使它們與發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)一體化，HIMOINSA控制器支持不同的通信協(xié)議。
六 結(jié)論
數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)越敏感，能在任何時(shí)間及時(shí)讀取數(shù)據(jù)的有效性就越重要，就越需要可靠的電力設(shè)施為設(shè)備提供持續(xù)電力，并應(yīng)對(duì)突然停電的緊急情況。由于發(fā)電機(jī)組是構(gòu)成這類設(shè)施的一個(gè)基礎(chǔ)部分，機(jī)組的容量大小必須依據(jù)這些相同的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，根據(jù)這個(gè)功率定義來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組，能依據(jù)Uptime Institute制定的標(biāo)準(zhǔn)，可以看出它能提供電力的有效性。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)組根據(jù)備用功率來(lái)設(shè)計(jì)容量大小時(shí)，能滿足Tier I和Tier II要求;要達(dá)到Tier III和Tier IV要求，發(fā)電機(jī)組則必須依據(jù)它的DCC功率來(lái)選擇容量。
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