数据中心机房运行过程中,主机停机故障经常与电源系统有着很大关系。为了保证电源系统的安全、可靠、稳定,需要按照现行规范对供配电系统做精细的规划和设计。

数据中心机房中多为精密型电子设备,工作时大多采用弱电供电。设备内置有开关电源,开关电源将前端来自电源分配单元(下简称PDU)的交流强电转换为电子设备所需的直流弱电。

通常在开关电源启动时,可能需要输入端的主电网提供短时大电流脉冲,这种电流脉冲通常被称为“输入浪涌电流(inrush current)”。输入浪涌电流给主电网中的断路器(main circuit breaker)和其它熔断器造成了麻烦:断路器一方面要保证在过载时熔断,起到保护作用;另一方面又必须在输入浪涌电流出现时不能熔断,避免误动作。另外,输入浪涌电流会产生输入电压波形塌陷,使供电质量变差,进而影响其它用电设备的工作。

出现输入浪涌电流的原因:

如下图所示的开关电源中,输入电压首先经过干扰滤波,再通过桥式整流器变为直流,然后通过一个很大的电解电容器进行波形平滑,之后才能进入真正的直流/直流转换器。输入浪涌电流就是在对这个电解电容器进行初始充电时产生的,它的大小取决于上电时输入电压的幅值以及由桥式整流器和电解电容器所形成回路的总电阻。如果恰好在交流输入电压的峰值点启动,就会出现峰值输入浪涌电流。

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开关电源输入端简图

假设某数据中心的机柜,每台有44个U位(1 U=44.4mm)的服务器容量。对该数据中心进行上电,每个机柜就会产生44条浪涌电流;整个机房的浪涌电流汇聚在一起,会对前方的短路器、熔断器等保护元件形成不必要的浪涌冲击。同时对于像柴油发电机等这样临时供电设备,负载的启动电流过大,也会造成不必要的供电中断和选型冗余。

综上所述,开关电源属于容性负载,启动电流很大,数据机房中遍布开关电源。这样巨大的启动电流会对保护元件和柴发设备造成不必要的浪涌冲击和选型冗余,进而造成不必要的浪费。这是目前数据机房末端配电的一个痛点。

延时上电(又叫分时上电、时序上电、间隔上电)是指,在服务器前端的配电设备,如PDU上,追加一个新的功能:PDU前端上电后,其与服务器对应的输出孔位,并不在电源接通后立即上电,而是按照预设次序依次延时上电,使浪涌电流错峰产生,减小了对前端的总体浪涌冲击。

以44位PDU为例:PDU上电后,1~8位插孔直接上电;延时3秒后(可设定),9~16位插孔上电;再3秒之后,17~24位插孔上电,依次类推。

突破电气延时上电PDU,针对上电的负载进行分组控制,避免产生过大的浪涌电流,在数据中心配电系统中有良好的应用前景!

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