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浅谈数据中心基础设施节能技术与标准化(一)

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-29 22:08:31 * 浏览: 0
首先,简要介绍数据中心供电系统的架构,并分析该架构中应用的节能技术。在此基础上,介绍了有关上述节能技术的国内外相关标准化工作的进展以及对重要技术要点标准要求的分析。为未来的行业研究,开发,生产和应用提供相应的理论基础。引言1引言近年来,中国的数据中心基础设施市场已进入快速发展阶段。 ICTResearch报告指出,2011年,整体销售额为141.83亿元人民币,增长9.4%。尽管其中一些产品的销售额为负,但为2012年的增长奠定了基础。2013年的总规模为157.85亿元人民币。到2014年,基础设施整体销售额增长至182.29亿元,增长9.5%。预计2017年将增长至220.77亿元,年增长率为8%至9%。大量的基础设施建设也带来了能源消耗的显着增加。目前,国内供应商,运营单位和研究机构已经开发了节能技术和绿色能源技术,以实现基础设施可持续发展的目标。本文是有关数据中心基础架构节能技术和标准化的系列讲座之一。它将着重于数据中心基础设施供电系统中应用的主要节能技术的原理,应用和标准化进展。 2数据中心供电系统架构和节能技术。根据美国供热,制冷和空调工程师协会(ASHRAE)技术委员会9.9(简称TC9.9)统计报告,数据中心各部分的功耗分布大致如图1所示。从图中可以看出,IT系统,冷却系统和电源系统是数据中心的主要能源消耗者。供电系统主要由油轮机系统,高低压配电系统,不间断电源系统和机房配电系统组成。其典型的系统架构如图2所示。3数据中心电源系统节能技术电源技术随着大数据,云计算,物联网和移动互联网的迅猛发展,数据中心已广泛应用于各行各业。在生活中,其重要性日益突出。当前,在数据中心领域的电源系统中,为节省能源和降低成本而提出的主流技术是高压油轮机技术,高压直流电源技术,干线双向电源技术。图中分别应用了这些技术以及有保证的电源和高速率电池技术。每个子系统共2个。(1)高压直流电源技术作为一种早期的应用技术,高压直流电源技术在过去的一两年中呈现出大规模的增长。图3是供应商在各个垂直行业中应用高压直流电源系统的统计数据。 。由于高压直流技术采用直流供电方式,它消除了UPS中的逆变环节,可以简化系统结构,提高电源利用率,有效降低用户的投资成本,避免隐患,并且具有很大的优势。重要的应用价值。作者认为,高压直流电源系统的优势在于它可以显着提高可靠性。其次,由于使用了模块化结构,因此可以使用诸如休眠之类的技术来更改模块的负载率,从而实现更高的能源效率。与传统的大容量交流电塔式UPS系统相比,该系统的实际运行效率会更高,但与模块化UPS相比,效率没有显着差异。中国通信标准化协会制定了一系列高压直流电源系统及相关配套产品的标准:YD / T2378-2011“ 240V直流通信电源系统”,YD / T2555-2013“通信用240V直流配电设备”,YD / T2556“通信用240V直流电源系统维护技术要求”,YD / T2656-2013“通信用电源输入接口技术要求和测试方法”基于240V / 336V直流电源的设备”,YD / T2089-2016“用于通信电源系统的336V DC”,YD / T2088-2016“用于通信的336V整流器”,YD / T3091-2016“后置电源的要求和方法” “ 240V / 336V直流通信电源系统的运行评估”等标准。批准阶段的标准是:240V / 336V直流-直流模块通信电源,240240V / 336V直流通信电源分配单元等。A目前正在起草用于信息和通信的240V / 336V直流电源系统的国家标准。总结高压直流电源技术的国际标准摘要表能够1.从上述国内外标准中可以看出,高压直流系列标准的研究工作已经全面开展,涵盖了交流240V / 336V直流电源链路中的各个单元部件,例如作为系统,整流器模块以及系统输入和输出功率分配部分。 ,与ICT设备的接口,机柜的PDU,ICT设备内部的PSU部件以及整个系统的评估和维护。作为国际标准化组织,国际电信联盟ITU-T非常活跃,并制定了一系列标准。 IEC当前正在制定标准和报告:62040-5-3“ DC UPS测试和性能”,62040-5-1“ DC UPS安全要求”标准,IECTS62735-1“ DC 400V插头和插座”研究报告等。 。 (2)市电两用供电技术保证市电两用供电技术(以下简称两路供电)技术是指直接向市电供电,另一种向高供电的技术。直流(240VDC)或交流UPS。其配置模式有两种电源模式:一种用于一个市电电源,另一种用于高压直流电源,另一种用于一个市电电源,另一种用于交流UPS电源。具体的系统结构如图4和图5所示。目前行业中使用的双向电源系统有两种工作模式。模式1是市电优先模式:当市电正常时,它是市电供电模式。当主电源发生故障时,它将切换到保证功率模式。市电恢复正常后,它将切换回市电供电模式。模式2是负载共享工作模式:电源电路和有保证的电源电路之间没有优先级,它是平均负载模式,例如每个负载为50%。在实际测试中,可以发现应用双向电源技术可以大大提高系统效率,达到97%到98%,并且系统的效率不会因为功率的变化而变化太大。负载率。发挥了高效稳定的作用。但是,还应注意该技术的应用,因为在市电电源电路中,由于市电电源而导致ICT设备的市电电源电压中断,电压闪烁,电压不平衡,电压谐波,电压骤降或骤升等。城市力量。伴随电能质量问题。此外,当市电中断时,供油系统将直接带来ICT设备。由于ICT设备电源模块的电容特性,因此在系统设计中应考虑油轮机系统的电容负载特性,例如油轮机容量的配置。中国电信标准化协会发起了2014-2015年研究协会的研究报告“服务器公用电源和保证电源的双向供电模式研究报告”。根据此研究报告,行业标准申请已于2016年底提交,并且正在完成相关程序。本研究报告主要研究服务器设备电源,市电直接供电系统(包括市电直接供电的可行性,系统架构,工作模式)的现状和存在的问题。等),节能效果,可靠性分析以及双向供电模式的优势分析。等待。此外,中国通信标准协会于2016年建立了行业标准项目“电信互联网数据中心的智能AC / DC交换模块”,以研究主要用于AC和DC电源系统的交换模块。此交换模块是指在IT机架中的一个AC(例如主电源)和另一高压DC电源方案之间切换的转换开关。它适用于各种数据中心,呼叫中心,业务中心和监视中心,各种金融和安全中心,军事装备中心,OA系统以及其他大规模使用的IT设备。当市电和高压直流双向电源系统在负载共享模式下工作时,系统不需要此类开关,但是系统的运行效率低于市电优先模式,而在市电优先模式下,这需要开关。例如,当市电发生故障时,转换开关将切换到直流电源电路,当市电恢复正常时,它将切换回直流电源模式。关于该技术的国际标准化,中国信息通信研究院于2015年提交了一份手稿,并将城市供电和高压直流两种供电技术写入了ITU-TL.1204标准。具体描述和电路结构如图6所示。 ICT当ICT设备具有冗余电源模块时,它可以使用交流和直流混合电源技术,该技术大多数时候都由主电源供电,从而获得更高的效率。此外,ITU-TSG5在2016年10月的全体会议上提出了关于L.dualpowerinput“ ICT设备的多通道交流或高达400V DC输入电源的电源影响”的研究。该标准将分为四种情况进行分析:两个带转换开关的交流电源模块,两个带转换开关的直流电源模块,两个带内置电路但不带转换开关的直流电源模块,以及使用交流和直流电源模块的转换交换机部门对传输电缆,插头和插座,隔离设备,电流共享方法以及电池配置方法进行了深入研究。 (3)高压油轮机供电技术在信息通信领域,高压油轮机是指输出电压为10kV的油轮机系统。由于系统增加了输出电压并减少了传输线上的损耗,因此随着数据中心容量的增加,它已被广泛使用。表2是低压和高压油单元的简单比较。从该表可以看出,尽管高压​​油机在复杂性和技术水平上具有较高的难度,但是一旦建立了完整的电源系统,高压油机无论在传输距离上都没有关系。 ,线损或容量密度。明显的优势。工业和信息化部发布了YD / T2888-2015“通信用10kV高压发电机组”,规定了往复式内燃机(RIC)柴油机,交流(ac)发电机,控制装置和辅助设备的工作。 。高频高压发电机组的技术要求,试验方法,检验规则,标志,包装,运输和贮存。本标准适用于通信输出电压为10kV,额定频率为50Hz的发电机。 3kV和6kV发电机也可以参考。与低压燃油发动机相比,本标准消除了原有低压燃油发动机的电话谐波因素,非对称载荷下的线路电压偏差等指标,并提出了并联运行的要求。两个或两个以上相同的机组规格应能稳定并联运行,并能平稳地传递负载的有功功率和无功功率,分配的有功功率和无功功率之差应不大于单个机组功率的3%,原始低压燃油发动机的要求不超过单个单元功率的10%。另外,油耗率和油耗比单元的e与低压单元的e不同。在安全要求上,由于高压输出设备与低压电压水平不同,因此输出安全要求也有所不同,明确提出“高压输出设备应满足高压技术要求”。 GB / T11022-2011中的开关设备和控制设备。 ”。 (4)高倍率电池技术电池的放电率是指电池在规定时间内放电至其额定容量所需的电流值。数据值等于电池额定容量的倍数,通常用字母C表示。例如,电池的标称额定容量对于1C(1x)为600C,对于0.5C为300mAh,对于1C为6Ah。 10C,依此类推。高倍率电池在大电流下的放电能力与其极板设计有关,在大电流放电后,它仍然可以放电很大一部分电池容量。但是,普通电池在高电流下放电时只能释放少量能量。图7是由供应商提供的高速率电池与常规的阀控密封铅酸电池的放电功率的比较。从数据可以清楚地看到,在备份时间相同的情况下,高倍率电池