(3)机架自主储能UPS
改变过渡备用能源(蓄电池)的配置位置,将其配置在IT设备中的开关电源的直流输出端,于是就形成了机架自主储能改革方案,如图5所示。
图5中展示的是传统双转换UPS供电系统、直流输出UPS供电系统和机架自主储能UPS供电系统的示意图。
机架自主储能UPS系统组成要点:
①IT设备去掉传统12V输出开关电源,保留低压DC/DC变换;
②交流输入集中配置,包括输入变压器、油机、ATS转换开关、总配电;
③在机架中配置集中式12V或48V输出开关电源,模块化冗余配置。低功率密度机房宜用12V,高功率密度机房宜用48V;
④开关电源模块容量取决于输出电流的大小和转接工艺条件;
12V大输出功率2.5kW左右,输出电流在200A左右;
48V大输出功率10kW左右,输出电流在200A左右;
⑤在开关电源12V或48V输出端集中配置过渡备用蓄电池,组成不间断供电系统;
⑥如果用铁锂蓄电池或铁锂超级电容,由于电池充放电需要平衡管理,所以在一般密度的机房中,适宜采用12V。
机架自主储能UPS系统完全取消了传统的双转换UPS系统,使数据中心供电系统很多性能指标都得到了根本的改善,表3是传统双转换UPS供电系统、直流输出UPS供电系统和机架自主储能UPS供电系统三者主要性能指标的比较。
(4) 动态储能UPS
动态UPS是同时改变过渡储能形式和配置位置的改革方案。
图6是动态UPS一种结构形式。图中,动态UPS系统有三种能源:
①可连续供电的主交流能源——市电;
②可连续供电的备用交流能源——柴油发电机;
③主备交流能源转换期间,保证IT设备连续不间断供电的过渡备用能源。
而过渡能源也有三种储能技术可以选择:
①利用机械耦合的电磁感应储能;
②利用电气耦合的飞轮储能;
③利用化学储能的蓄电池。
(5) 集成式动态UPS
图7是动态UPS的另一种结构形式。其主要特点是将过渡电磁感应储能、同步发电机、备用发电机三者集成起来。负载由一个旋转的同步电动机/发电机供电并对其供电质量进行补偿调控,同时利用机械耦合的电磁感应储能作为过渡备用能源。同步交流发电机与市电一起向负载供电,并与电抗器(另接)组成有源滤波器滤除谐波。感应耦合器是储能装置,有外转子和内转子,外转子上有一个两极三相线圈,在有市电情况下,可以加速自由转动的内转子的转速。当市电中断时,取出在内转子上储存的动能,驱动发电机继续给负载供电,并及时起动柴油机使之达到稳定状态,向负载提供电能。自由轮离合器在感应耦合器/发电机与柴油机之间起机械通断作用。在市电正常时,柴油机处于停止状态,离合器断开,发电机处在待机状态;市电中断时,柴油机起动,当达到额定转速时,离合器自动接合,由发电机向负载供电。整个转换时间约为5～10s。当市电恢复时,这种动态UPS会与市电同步,转由市电向负载供电,离合器断开,柴油机与感应耦合器不再有机械连接,逐渐停止运转,回到待机状态。
参考资料
张广明主编.《数据中心基础设施规划设计中的若干问题》,经济科学出版社,2015年6月.
作者简介
张广明(1939-),男,中国科学院计算技术研究所研究员,自20世纪60年代开始从事大型计算机供电设备和供电系统的研究,曾任中国电源学会副理事长,现任中国电源学会专家委员会主席，中国计算机用户协会UPS分会副理事长,《UPS应用》编委会主任。当前的主要研究方向是UPS设备和数据中心UPS供电系统,特别是在系统可靠性和可用性研究领域有较深的造诣。
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