摘要：數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)傳統(tǒng)不間斷供電系統(tǒng)存在的缺陷，提出并論證分布式電源方案應用的可行性，最后對分布式電源解決方案應用推廣前景進行展望。

1 引言

隨著互聯(lián)網、物聯(lián)網、云計算和大數(shù)據(jù)產業(yè)的加速發(fā)展,我國數(shù)據(jù)中心產業(yè)也進入了大規(guī)模的規(guī)劃建設階段。2010年我國數(shù)據(jù)中心總量已超過50萬個,市場總規(guī)模達到92億美元,該市場在2010年至2015年仍保持兩位數(shù)的增長率,2015年該市場規(guī)模達到約157億美元(見圖1)。

目前大多數(shù)數(shù)據(jù)中心存在能耗較高,年耗電量超過全社會用電量的1.5%,電能使用效率(PUE)仍大于2.2,與國際先進水平相比有較大差距,節(jié)能潛力巨大。同時數(shù)據(jù)中心產生大量的溫室氣體排放,消耗大量的水資源,其設備廢棄后造成較大污染,給資源和環(huán)境帶來巨大挑戰(zhàn)。

2 傳統(tǒng)通信機房“光進銅退”現(xiàn)狀

隨著傳統(tǒng)語音短信業(yè)務受到OTT(OverTheTop)的沖擊以及數(shù)據(jù)業(yè)務的快速崛起,運營商也將錨點拋向IDC業(yè)務。互聯(lián)網行業(yè)爆發(fā)式增長、政府服務外包以及智慧城市等建設將給IDC服務行業(yè)未來幾年的發(fā)展帶來更廣闊的前景。預計到2016年,國內IDC市場規(guī)模將達548億元,年均增速超過30%。近年來,通信網絡技術的發(fā)展對“寬帶中國”戰(zhàn)略的實施奠定了基礎,國內電信運營商已全面啟動全光網絡建設,傳統(tǒng)的PSTN交換設備逐步被NGN軟交換和IMS替代,新設備的交換能力大幅提升,需要占據(jù)的空間減少,整改過后騰出的大量的通信機房數(shù)量較多、分布全國各地,為運營商IDC的建設提供了場地優(yōu)勢。加之利用自身網絡帶寬優(yōu)勢,運營商依然會在IDC市場上占據(jù)主導地位。

目前大部分IDC機房主要采用傳統(tǒng)UPS進行集中供電,數(shù)據(jù)中心需要獨立的電力電池室,集中給機房內的設備供電。隨著數(shù)值中心規(guī)模擴大,供電負荷不斷上升,需要安裝多套大容量的不間斷電源系統(tǒng),從而導致電力電池室的占地面積越來越大,機房的有效使用面積越來越小。重資產的投入以及廉價租金也為IDC建設帶來了很大阻礙,運營商如何減少初始投資、快速部署實現(xiàn)盈利和降低運營成本等問題面臨諸多挑戰(zhàn)。

3 分布式電源的供電原理及優(yōu)勢

(1)供電原理

針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的UPS在IDC建設、應用及維護過程中遇到的問題,提出對應設計一款分布式機房電源——一種以磷酸鐵鋰電池為后備電源的分布式電源設備。該電源設備可以很方便地直接安裝在標準19英寸服務器機柜內,柜底部不超過2U空間位置,支持雙路市電輸入,后備時間1h左右。最大特點是分布式供電,無需為該供電系統(tǒng)建設獨立的電力電池室,而且安裝維護方便,很適合運營商的IDC機房改造和中小型數(shù)據(jù)中心機房使用。如圖2所示。

分布式電源針對每一個機柜單獨提供后備電源,在市電正常情況下,分布式電源向服務器輸出交流電;當市電不正常或中斷時,分布式電源切換到電池供電狀態(tài),通過磷酸鐵鋰電池箱輸出220Vac電源,切換時間小于10ms,不會導致服務器閃斷,從而保證設備的不間斷供電,如圖3所示。

　　(2)性能特點

①輸入功率因數(shù)達0.99以上無需外加任何濾波器,在各種線性或非線性、平衡與非平衡負載情況下,輸入功率因數(shù)達0.99以上。大大降低了輸入無功損耗,節(jié)約了運行費用。

②用DSP技術的高性能機器

采用先進的DSP芯片,高速實時檢測控制整流模塊和逆變模塊的工作狀況,同微型計算機監(jiān)控系統(tǒng)一起共同實現(xiàn)全數(shù)字控制技術。在生產調測時,將設備的各種元器件內置電氣參數(shù)預置在ROM中,消除了可調器件因運輸震動和老化產生漂移的隱患。

③操作簡單,“一鍵開機”

操作顯示面板內容簡潔,按鍵功能標示明確,真正做到“傻瓜”式操作面板,同時逆變開機也可以直接通過“ON”鍵即可完成。

④標準機器與長效機器電池箱一體化設計

標準19英寸機架式設計,可十分方便地安裝在標準機柜內使用。

⑤ECO模式提供節(jié)能效果

在經濟運行模式下,當輸入市電在固定范圍內,直接由輸入市電向負載提供能量,逆變處于等待狀態(tài);當輸入市電異常時,立即轉為逆變供電。

ECO運行模式可高效節(jié)能,效率不低于98%,降低用戶使用成本。

⑥快速安裝、維護體積小,重量輕,調試維護簡單,配置靈活,可直接整機嵌入式安裝。

(3)優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng),分布式電源可靠性更高,故障發(fā)生時能夠降低故障范圍,同時供電距離縮短,回路阻抗降低,磷酸鐵鋰電池放電性能可以得到充分發(fā)揮,電纜的線徑將成倍減小,成本大大降低,可根據(jù)用電設備的不同要求及后備時間,合理配置電源。另外,采用分布式電源還可以提高資金利用率,具有快速部署、靈活配置的特點,用多少建多少,無需一次投入,可以避免浪費,避免電池控制的壽命損耗及電源系統(tǒng)空置的折舊損耗。

另外傳統(tǒng)不間斷電源到貨周期長,安裝調試復雜;分布式電源可以實現(xiàn)快速部署,安裝和配套方式靈活,適用于一些工期緊迫項目作為應急部署。對于老機房或者非IDC建筑機房,分布式電源改造要求低,承重要求少,機房可靈活選址。

4 分布電源和傳統(tǒng)不間斷電源解決方案對比(見表1)

5 結束語

數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展對用電設備的供電質量及建設提出更高的要求,分布式電源的出現(xiàn)，是對傳統(tǒng)UPS供電技術的探索和創(chuàng)新，能夠徹底解決傳統(tǒng)模式建筑中電源容量不足、電源利用率低，改造困難等問題，最大程度降低數(shù)據(jù)中心的建設成本和運營成本。目前，國內分布式電源技術越來越成熟，相關產品性能及穩(wěn)定性經過市場的驗證，相信有越來越多電源廠家對數(shù)據(jù)中心電源提出創(chuàng)新電源解決方案，產品標準和建設規(guī)范隨之完善，將在數(shù)據(jù)中心、運營商和醫(yī)療等行業(yè)獲得越來越廣泛地應用。