(3)機架自主儲能UPS

改變過渡備用能源(蓄電池)的配置位置,將其配置在IT設備中的開關電源的直流輸出端,于是就形成了機架自主儲能改革方案,如圖5所示。

圖5中展示的是傳統雙轉換UPS供電系統、直流輸出UPS供電系統和機架自主儲能UPS供電系統的示意圖。

機架自主儲能UPS系統組成要點:

①IT設備去掉傳統12V輸出開關電源,保留低壓DC/DC變換;

②交流輸入集中配置,包括輸入變壓器、油機、ATS轉換開關、總配電;

③在機架中配置集中式12V或48V輸出開關電源,模塊化冗余配置。低功率密度機房宜用12V,高功率密度機房宜用48V;

④開關電源模塊容量取決于輸出電流的大小和轉接工藝條件;

12V最大輸出功率2.5kW左右,輸出電流在200A左右;

48V最大輸出功率10kW左右,輸出電流在200A左右;

⑤在開關電源12V或48V輸出端集中配置過渡備用蓄電池,組成不間斷供電系統;

⑥如果用鐵鋰蓄電池或鐵鋰超級電容,由于電池充放電需要平衡管理,所以在一般密度的機房中,適宜采用12V。

機架自主儲能UPS系統完全取消了傳統的雙轉換UPS系統,使數據中心供電系統很多性能指標都得到了根本的改善,表3是傳統雙轉換UPS供電系統、直流輸出UPS供電系統和機架自主儲能UPS供電系統三者主要性能指標的比較。

(4) 動態儲能UPS

動態UPS是同時改變過渡儲能形式和配置位置的改革方案。

圖6是動態UPS一種結構形式。圖中,動態UPS系統有三種能源:

①可連續供電的主交流能源——市電;

②可連續供電的備用交流能源——柴油發電機;

③主備交流能源轉換期間,保證IT設備連續不間斷供電的過渡備用能源。

而過渡能源也有三種儲能技術可以選擇:

①利用機械耦合的電磁感應儲能;

②利用電氣耦合的飛輪儲能;

③利用化學儲能的蓄電池。

(5) 集成式動態UPS

圖7是動態UPS的另一種結構形式。其主要特點是將過渡電磁感應儲能、同步發電機、備用發電機三者集成起來。負載由一個旋轉的同步電動機/發電機供電并對其供電質量進行補償調控,同時利用機械耦合的電磁感應儲能作為過渡備用能源。同步交流發電機與市電一起向負載供電,并與電抗器(另接)組成有源濾波器濾除諧波。感應耦合器是儲能裝置,有外轉子和內轉子,外轉子上有一個兩極三相線圈,在有市電情況下,可以加速自由轉動的內轉子的轉速。當市電中斷時,取出在內轉子上儲存的動能,驅動發電機繼續給負載供電,并及時起動柴油機使之達到穩定狀態,向負載提供電能。自由輪離合器在感應耦合器/發電機與柴油機之間起機械通斷作用。在市電正常時,柴油機處于停止狀態,離合器斷開,發電機處在待機狀態;市電中斷時,柴油機起動,當達到額定轉速時,離合器自動接合,由發電機向負載供電。整個轉換時間約為5～10s。當市電恢復時,這種動態UPS會與市電同步,轉由市電向負載供電,離合器斷開,柴油機與感應耦合器不再有機械連接,逐漸停止運轉,回到待機狀態。

參考資料

張廣明主編.《數據中心基礎設施規劃設計中的若干問題》,經濟科學出版社,2015年6月.

作者簡介

張廣明(1939-),男,中國科學院計算技術研究所研究員,自20世紀60年代開始從事大型計算機供電設備和供電系統的研究,曾任中國電源學會副理事長,現任中國電源學會專家委員會主席，中國計算機用戶協會UPS分會副理事長,《UPS應用》編委會主任。當前的主要研究方向是UPS設備和數據中心UPS供電系統,特別是在系統可靠性和可用性研究領域有較深的造詣。

編輯：Harris

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