数据中心供电方案设计解读
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市电1 ATS1 市电2 ATS2 输入 配电 柜 UPS 电源1 输出 配电 柜1 单电 源负 载 双电 源负 载
LBS UPS 电源2 输出 配电 柜2
STS
油机
Delta Confidential
传统双总线方案中的问题
问题１：单点故障点多
问题２：同步控制器制约了可靠性 单点故障点
市电1 ATS1 市电2 ATS2 输入 配电 柜
Delta Confidential
并联“N+1”系统
定义：输出直接并机，“备用的”容量至少等于一个系统模块的容量; 要求采用同一制造商生产的相同容量的 UPS 模块。 优点： 可用性要高于“N”配置； 可根据需求的增长进行扩展。硬件布置不仅设计概念简单，而且成本低廉； 缺点： 并联模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的 技术与配置； UPS 系统的上游与下游仍存在单故障点； 在 UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下 由于各个 UPS 设备的利用率均低于额定用量，因此运营效率较低； 所并各台需要一个逻辑控制总线，因而存在单路经故障点； 并机台数增多时，需要外部静态开关和并机控制柜， 系统仍需要一个公共的外部维修旁路。
不间断电源系统电池备用时间 15min柴油发电机作为后备电源时 双路电源，末端 双路电源（其中至少一路为应急电源），末 切换采用放射式 端切换。采用放射式配电系统 配电系统 ±3 ±0.5 ≤5 0~10
空调系统配电
采用放射式配电系统
百度文库
稳态电压偏移范围（%） 稳态频率偏移范围（Hz） 输入电压波形失真度（%）
UPS 电源1
输出 配电 柜1 单电 源负 载 双电 源负 载
LBS UPS 电源2 输出 配电 柜2
STS
油机
Delta Confidential
全隔离双总线方案
• 全隔离双总线方案，有最高可用性 系统实现了单条总线与另一条总线各部分的冗余，和总 线全隔离 系统实现ATS、输入配电柜的冗余；将集中STS更改为分 散机架ATS；采用台达UPS，减少了LBS控制器（功能已 内置在UPS中）
64505
30194
34311
Delta Confidential
两个方案综合比较
方案 项目 系统可靠性 MTTR
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块UPS 2N双母线方案
低 ≧8小时 高 10分钟
系统可用性
设备投资 运行成本
低
高 高
高
高 低
Delta Confidential
InfraSuite供电系统-UPS
（4）系统标准化问题； 系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。 （5）系统的灵活性和可扩展、变更问题； 以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。 （6）系统使用维护难度问题。 要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。
供电系统选择方法
否
系统允许12小时/半年 或者24小时/一年停机 维护
Delta Confidential
双总线系统冗余
定义：双总线系统、多路并联总线、双输入、2(N+1)、2N+2、[(N+1) + (N+1)] 以及 2N 等都指的是该配置的变体。 其基本设计概念，是允许每一个电气设备都可以在无需将负载转换到市电的 条件下出现故障或手动关闭。 优点： 两条独立的供电线路，无单路径故障点，容错性极强； 该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余； 在 2(N+1) 设计中，即使在同步维护过程中，也仍存在 UPS 冗余； 无需将负载转换到旁路模式，即可同步维护； 更容易使各 UPS 系统均分负载，并了解哪些系统为哪些负载供电。 在设计中无需再面对 STS 设备及其复杂的故障模式，从而使系统可用性得到 了显著提高。 缺点： 冗余组件数量多，成本高； 由于未达到满负荷工作状态，UPS 效率低下； 一般的建筑物不太适合采用可用性极高的双总线系统，因为这种系统需要 对冗余组件进行分开放置(实现更高级别的隔离)。
全隔离双总线方案的优势
全隔离 • 内置LBS无传统外置LBS的单点故障问题 • 整个系统里没有互相影响的总线线路，可实现各总线隔离维 修，具有更高的可靠性 最短的MTTR和更高的可靠性 • 比如以2台60kVA的模块化UPS实现双总线方案，可靠性比 传统UPS提高33倍 • 因为模块化UPS是热插拔模块结构，维修时间最短 更经济的总体拥有成本 • 更低的初装成本，更低的运行成本，更低的扩容成本
数据中心供电方案设计
中达电通股份有限公司 UPS产品处
李焕一 2011年6月
Delta Confidential
目
录
数据中心设计标准介绍 UPS供电系统存在的问题 供电系统选择方法
模块化全隔离双总线方案
产品介绍
Delta Confidential
GB50174可靠性、可用性要求
项目 供电电源 变压器 技术要求 A级 两个电源供电两个电源不应同时受到损坏 M（1+1）冗余（M=1、2、3...） B级 C级 两回线路供电 N 不间断电源系统的供电 时间满足信息存储要求 时，可不设置柴油发电 机 备注 用电容量较大时，设置 专用电力变压器供电
1套（60kVA）
0套 2组
0套
3套（3kVA） 2组
Delta Confidential
扩容成本分析
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块化UPS2N双母线方案
扩容方案 总容量 扩容占地面积 再并联1台60kVA 120kVA 增加(UPS主机+电池) 以20kVA模块为单位按需扩容 120kVA(无须增加机柜) 只需增补电池
Delta Confidential
传统的双总线方案图
• 两路市电经ATS1切换，与油机冗余后再经ATS2切换后 到输入配电柜，即到两条不同总线上的UPS1和UPS2， 两路输出再各经输出配电柜给双电源负载供电 • 为满足单电源负载的需求，增加了STS切换柜；并为使 STS同步切换，又增加了LBS控制器
Delta Confidential
状态轮巡按钮，翻 看运行参数；还有 报警LED，显示过流 或过(欠)压状态 数字颠倒显示
Q&A
Delta Confidential
Delta Confidential
智能容错 HIFT UPS 大中型系统的安全保障 （20~480kVA）
Delta Confidential
InfraSuite供电系统-UPS
• • • • • 模块化设计，系统修复时间最少，修复效果最好 N+X冗余，系统可靠性最高 从20到480kVA，可以20kVA为单位随需扩容，投资最经济 轻载效率即高达94%，运行成本最低 小配件就可进行大管理，动环监控功能最全面
Delta Confidential
购置成本分析
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块UPS 2N双母线方案 单机容量 总容量 主机数量 ATS数量 输入输出配 电 60kVA 60kVA 2台 2台 4套 60kVA(3个20kVA模块) 60kVA 2台 3台 4套
STS
机架ATS 电池组数
是
“N”系统
否
系统允许12小 时/年停机维护
是
“N+1”系统
否
系统要求每个子系统在 维护期间都要冗余配置
是
“2N”系统
“2（N+1）”系统
Delta Confidential
“N”系统
N 系统定义： 与关键负载规划容量相等的单台UPS 模块或一组并联 UPS 模块构成的系统; N 配置是关键负载供电的最低要求; 为了系统维护,需要外部维护旁路， 优点： 设计概念简单，硬件配置成本低廉； 由于 UPS 工作在设计满负荷条件下，因而其效率最高； 具备高于市电的可用性； 可进行并机扩展增容（并联多个额定值相同的 UPS 模块）。 缺点： 可用性有限，因为如果 UPS 模块出现故障，负载将转换到旁路供电，从而 处于无保护电源下； UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下（持续 2-4 小时）； 缺乏冗余，限制了在 UPS 发生故障时对负载的保护能力； 存在多个单故障点，这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。
Delta Confidential
InfraSuite供电系统-列头柜
分路的电流侦测
输出开关热插拔
智能化
可实现网络管理
外观与机柜一致 30KVA-300KVA
Delta Confidential
智能的机柜电源分配单元
在机架后部垂直安装，不需要工 具，不占用机柜的有效空间 单相、三相两种供电方式，符合 中国或国际标准电压 PDU配SNMP网卡(选件)可以实现 通过Ethernet网络远程通讯 有两个RS232串口，最多可以16 个 PDU之间通讯 输入接头满足IEC309,输出口满 足IEC320
（1）系统可靠性问题； 单路径故障点多、设备可靠性差、维护难度大。 （2）系统电流谐波干扰问题； 电网和系统本身形成干扰、增加滤波设备、 降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。 （3）系统成本和能源消耗问题； 系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的存在增加了滤波
设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。
扩容外部设备
扩容成本
增加(电缆、空开等)
高，扩容复杂
无须
低，仅购买模块热插入扩容
Delta Confidential
运营成本分析
负载36kW，因是2N双母线方案，平时每路UPS只 带18kW的负载，相当于每路运行37%的负载
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块UPS 2N双母线方案 UPS带载 整机效率 耗电量(度) 自耗电费 (元) 工业用电 1.5元/度 年度节省电 费(元) 37% 88% 43004 37% 94% 20129
市电1 ATS1 市电2 输入 配电 柜2 输出 配电 柜2 ATS2 输入 配电 柜1 UPS 电源1 输出 配电 柜1
双电源 负载
机架 ATS 机架 ATS
单电源 负载 单电源 负载 单电源 负载
双电源 负载
ATS3 油机
UPS 电源2
机架 ATS
双电源 负载
Delta Confidential
后备柴油发电机系统 后备柴油发电机的基本容量 柴油发电机燃料存储量 不间断电源系统配置
N或（N+X）冗余（X=1~N）
N 供电电源不能 满足需求时
应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容 72h 24h N+X冗余 2N 或M（N+1）冗余（M=2、3、4…） N （X=1~N） 根据实际需要确定
±5 电池逆变工作方式 电子信息设备正常工作 时 应满足设备使用要求 3~39次谐波
零地电压（V） ＜2 允许断电持续时间（ms） 0~4 不间断电源系统输入端THDI含 ＜15 量（%）
Delta Confidential
TIA942可靠性、可用性要求
Delta Confidential
UPS供电系统存在的问题
LBS UPS 电源2 输出 配电 柜2
STS
油机
Delta Confidential
传统双总线方案中的问题
问题１：单点故障点多
问题２：同步控制器制约了可靠性 单点故障点
市电1 ATS1 市电2 ATS2 输入 配电 柜
Delta Confidential
并联“N+1”系统
定义：输出直接并机，“备用的”容量至少等于一个系统模块的容量; 要求采用同一制造商生产的相同容量的 UPS 模块。 优点： 可用性要高于“N”配置； 可根据需求的增长进行扩展。硬件布置不仅设计概念简单，而且成本低廉； 缺点： 并联模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的 技术与配置； UPS 系统的上游与下游仍存在单故障点； 在 UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下 由于各个 UPS 设备的利用率均低于额定用量，因此运营效率较低； 所并各台需要一个逻辑控制总线，因而存在单路经故障点； 并机台数增多时，需要外部静态开关和并机控制柜， 系统仍需要一个公共的外部维修旁路。
不间断电源系统电池备用时间 15min柴油发电机作为后备电源时 双路电源，末端 双路电源（其中至少一路为应急电源），末 切换采用放射式 端切换。采用放射式配电系统 配电系统 ±3 ±0.5 ≤5 0~10
空调系统配电
采用放射式配电系统
百度文库
稳态电压偏移范围（%） 稳态频率偏移范围（Hz） 输入电压波形失真度（%）
UPS 电源1
输出 配电 柜1 单电 源负 载 双电 源负 载
LBS UPS 电源2 输出 配电 柜2
STS
油机
Delta Confidential
全隔离双总线方案
• 全隔离双总线方案，有最高可用性 系统实现了单条总线与另一条总线各部分的冗余，和总 线全隔离 系统实现ATS、输入配电柜的冗余；将集中STS更改为分 散机架ATS；采用台达UPS，减少了LBS控制器（功能已 内置在UPS中）
64505
30194
34311
Delta Confidential
两个方案综合比较
方案 项目 系统可靠性 MTTR
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块UPS 2N双母线方案
低 ≧8小时 高 10分钟
系统可用性
设备投资 运行成本
低
高 高
高
高 低
Delta Confidential
InfraSuite供电系统-UPS
（4）系统标准化问题； 系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。 （5）系统的灵活性和可扩展、变更问题； 以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。 （6）系统使用维护难度问题。 要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。
供电系统选择方法
否
系统允许12小时/半年 或者24小时/一年停机 维护
Delta Confidential
双总线系统冗余
定义：双总线系统、多路并联总线、双输入、2(N+1)、2N+2、[(N+1) + (N+1)] 以及 2N 等都指的是该配置的变体。 其基本设计概念，是允许每一个电气设备都可以在无需将负载转换到市电的 条件下出现故障或手动关闭。 优点： 两条独立的供电线路，无单路径故障点，容错性极强； 该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余； 在 2(N+1) 设计中，即使在同步维护过程中，也仍存在 UPS 冗余； 无需将负载转换到旁路模式，即可同步维护； 更容易使各 UPS 系统均分负载，并了解哪些系统为哪些负载供电。 在设计中无需再面对 STS 设备及其复杂的故障模式，从而使系统可用性得到 了显著提高。 缺点： 冗余组件数量多，成本高； 由于未达到满负荷工作状态，UPS 效率低下； 一般的建筑物不太适合采用可用性极高的双总线系统，因为这种系统需要 对冗余组件进行分开放置(实现更高级别的隔离)。
全隔离双总线方案的优势
全隔离 • 内置LBS无传统外置LBS的单点故障问题 • 整个系统里没有互相影响的总线线路，可实现各总线隔离维 修，具有更高的可靠性 最短的MTTR和更高的可靠性 • 比如以2台60kVA的模块化UPS实现双总线方案，可靠性比 传统UPS提高33倍 • 因为模块化UPS是热插拔模块结构，维修时间最短 更经济的总体拥有成本 • 更低的初装成本，更低的运行成本，更低的扩容成本
数据中心供电方案设计
中达电通股份有限公司 UPS产品处
李焕一 2011年6月
Delta Confidential
目
录
数据中心设计标准介绍 UPS供电系统存在的问题 供电系统选择方法
模块化全隔离双总线方案
产品介绍
Delta Confidential
GB50174可靠性、可用性要求
项目 供电电源 变压器 技术要求 A级 两个电源供电两个电源不应同时受到损坏 M（1+1）冗余（M=1、2、3...） B级 C级 两回线路供电 N 不间断电源系统的供电 时间满足信息存储要求 时，可不设置柴油发电 机 备注 用电容量较大时，设置 专用电力变压器供电
1套（60kVA）
0套 2组
0套
3套（3kVA） 2组
Delta Confidential
扩容成本分析
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块化UPS2N双母线方案
扩容方案 总容量 扩容占地面积 再并联1台60kVA 120kVA 增加(UPS主机+电池) 以20kVA模块为单位按需扩容 120kVA(无须增加机柜) 只需增补电池
Delta Confidential
传统的双总线方案图
• 两路市电经ATS1切换，与油机冗余后再经ATS2切换后 到输入配电柜，即到两条不同总线上的UPS1和UPS2， 两路输出再各经输出配电柜给双电源负载供电 • 为满足单电源负载的需求，增加了STS切换柜；并为使 STS同步切换，又增加了LBS控制器
Delta Confidential
状态轮巡按钮，翻 看运行参数；还有 报警LED，显示过流 或过(欠)压状态 数字颠倒显示
Q&A
Delta Confidential
Delta Confidential
智能容错 HIFT UPS 大中型系统的安全保障 （20~480kVA）
Delta Confidential
InfraSuite供电系统-UPS
• • • • • 模块化设计，系统修复时间最少，修复效果最好 N+X冗余，系统可靠性最高 从20到480kVA，可以20kVA为单位随需扩容，投资最经济 轻载效率即高达94%，运行成本最低 小配件就可进行大管理，动环监控功能最全面
Delta Confidential
购置成本分析
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块UPS 2N双母线方案 单机容量 总容量 主机数量 ATS数量 输入输出配 电 60kVA 60kVA 2台 2台 4套 60kVA(3个20kVA模块) 60kVA 2台 3台 4套
STS
机架ATS 电池组数
是
“N”系统
否
系统允许12小 时/年停机维护
是
“N+1”系统
否
系统要求每个子系统在 维护期间都要冗余配置
是
“2N”系统
“2（N+1）”系统
Delta Confidential
“N”系统
N 系统定义： 与关键负载规划容量相等的单台UPS 模块或一组并联 UPS 模块构成的系统; N 配置是关键负载供电的最低要求; 为了系统维护,需要外部维护旁路， 优点： 设计概念简单，硬件配置成本低廉； 由于 UPS 工作在设计满负荷条件下，因而其效率最高； 具备高于市电的可用性； 可进行并机扩展增容（并联多个额定值相同的 UPS 模块）。 缺点： 可用性有限，因为如果 UPS 模块出现故障，负载将转换到旁路供电，从而 处于无保护电源下； UPS、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护电源下（持续 2-4 小时）； 缺乏冗余，限制了在 UPS 发生故障时对负载的保护能力； 存在多个单故障点，这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。
Delta Confidential
InfraSuite供电系统-列头柜
分路的电流侦测
输出开关热插拔
智能化
可实现网络管理
外观与机柜一致 30KVA-300KVA
Delta Confidential
智能的机柜电源分配单元
在机架后部垂直安装，不需要工 具，不占用机柜的有效空间 单相、三相两种供电方式，符合 中国或国际标准电压 PDU配SNMP网卡(选件)可以实现 通过Ethernet网络远程通讯 有两个RS232串口，最多可以16 个 PDU之间通讯 输入接头满足IEC309,输出口满 足IEC320
（1）系统可靠性问题； 单路径故障点多、设备可靠性差、维护难度大。 （2）系统电流谐波干扰问题； 电网和系统本身形成干扰、增加滤波设备、 降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。 （3）系统成本和能源消耗问题； 系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的存在增加了滤波
设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。
扩容外部设备
扩容成本
增加(电缆、空开等)
高，扩容复杂
无须
低，仅购买模块热插入扩容
Delta Confidential
运营成本分析
负载36kW，因是2N双母线方案，平时每路UPS只 带18kW的负载，相当于每路运行37%的负载
方案1普通UPS 2N双母线 方案2模块UPS 2N双母线方案 UPS带载 整机效率 耗电量(度) 自耗电费 (元) 工业用电 1.5元/度 年度节省电 费(元) 37% 88% 43004 37% 94% 20129
市电1 ATS1 市电2 输入 配电 柜2 输出 配电 柜2 ATS2 输入 配电 柜1 UPS 电源1 输出 配电 柜1
双电源 负载
机架 ATS 机架 ATS
单电源 负载 单电源 负载 单电源 负载
双电源 负载
ATS3 油机
UPS 电源2
机架 ATS
双电源 负载
Delta Confidential
后备柴油发电机系统 后备柴油发电机的基本容量 柴油发电机燃料存储量 不间断电源系统配置
N或（N+X）冗余（X=1~N）
N 供电电源不能 满足需求时
应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容 72h 24h N+X冗余 2N 或M（N+1）冗余（M=2、3、4…） N （X=1~N） 根据实际需要确定
±5 电池逆变工作方式 电子信息设备正常工作 时 应满足设备使用要求 3~39次谐波
零地电压（V） ＜2 允许断电持续时间（ms） 0~4 不间断电源系统输入端THDI含 ＜15 量（%）
Delta Confidential
TIA942可靠性、可用性要求
Delta Confidential
UPS供电系统存在的问题