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1、大型数据中心中压型UPS系统应用研究,目录,目录,低压配电系统减配可行性与必要性,1,数据中心供配电现状与问题,2,3,中压不间断电源系统方案1,4,中压不间断电源系统方案2,数据中心供配电系统现状与问题,数据中心常规的供配电结构一般是市电（35kV、10kV）到高压配电，之后通过变压器与低压配电系统成套；再通过密集母线或电缆分配到楼层，由楼层配电向UPS系统供电；更大容量采用模块化、分区供电,数据中心供配电系统现状与问题,供配电等级多，安全隐患大 从供电安全性考虑，配电系统的等级越简单越安全；前后级开关越少越安全、配电等级越少越可靠性；接近负荷中心的电压等级越高越节能。大型数据中心一般经历3
2、5KV开关站10KV高压配电柜10KV配电柜变压器低压配电柜密集母线配电柜UPS系统，8层级的配电结构，每多1个层级则增加一个故障隐患点。 投资浪费严重 电池充电及负载冗余都必须要求低压配电系统的配置容量加大；每套系统的冗余度都会带来设备投资、母线投资和机房空间浪费的情况。 影响机房可使用面积，增加建筑成本 对于大型数据中心，分区配置变压器、低压配电室、UPS电源室，相应电源区域要预留40%左右的空间，高压分散进机房，高低配至少占用15%空间；低压配电结构冗余度越大占机房面积越大（比如2N系统）。,目录,目录,低压配电系统减配可行性与必要性,1,数据中心供配电现状与问题,2,3,中压不间断电源
3、系统方案1,4,中压不间断电源系统方案2,低压配电系统减配可行性与必要性,低压配电系统减配可行性与必要性,低压配电中的计量采用高压端计量 传统数据中心往往在低压侧计量，即“高供低计”；随着数据中心规模越来越大，很多大型数据中心已有10套以上的低压配电系统，且分为生活用电、办公用电、空调用电等，将计量放在高压将成为一种趋势和必要，将简化低压侧的配置。,低压配电系统减配可行性与必要性,低压补偿功能改为高压补偿与负荷中心就近补偿 目前大部分低压电容器柜设置为低压侧集中补偿，实际运行方式为人工投入，而数据中心感性负载和容性负载同时存在，相互补充，导致补偿属于后补偿不能起到有效作用；应针对具体机房谐波环
4、境和无功负荷情况采用高压补偿与就近补偿。,低压配电系统减配可行性与必要性,大型数据中心采用高压油机是趋势 大型数据中心已推广高压油机，带来很多优势：电缆、上下游开关及电缆建设投资节省，运行节能；配电结构简化提升可靠性；更适合高压冷水机组供电。 高压油机集中布置，可以根据功耗发展情况分期、逐台投资，而低压油机则只能是与低配模块化相匹配而无论油机的实际负载率，造成油机投资浪费；推广使用高压油机可规避低压方式中ATS的容量和体积瓶颈。,低压配电系统减配可行性与必要性,结论 低压配电系统中的主要计量、补偿、ATS柜基本都可以通过集中设置在高压侧，来简化低压系统，为低压侧分散进入负荷中心创造条件；低压侧
5、的分散也为机房利用率提升、维护便捷性，运营节能带来益处；也为中压UPS引入奠定基础。,目录,目录,低压配电系统减配可行性与必要性,1,数据中心供配电现状与问题,2,3,中压不间断电源系统方案1,4,中压不间断电源系统方案2,中压UPS不间断电源-工作原理,1、市电+蓄电池组充电,2、发电机组+蓄电池组,3、市电切换油机停机,中压UPS不间断电源,例如在美国，中压不间断电源最初用于半导体等高附加值企业，保障其设备连续安全生产;近十年来，逐渐在政府，金融，航空航天以及数据中心领域得到得以应用。,NASA 用于保护卫星追踪系统,政府部门 用于保护数据中心,Phoenix Nap 数据中心,中压UPS
6、不间断电源-特点,中压系统 2.0 MW 20 MW 离线式的结构 2-4ms切换 高效率 (98.5% ) 模块化 占地面积小 可用户保护空调等机械类负载 户外机型与户内机型,户外机型,户内机型（PCS）,中压UPS不间断电源-户内机型组成部分,系统开关柜：输入输出以及旁路功能柜 电力电子开关柜：市电波动时，电力电子开关2-4ms将UPS切换为电池输出 变压器：双向变流器（PCS）输出升压至所需电压等级 PCS：双向变流器用于电池充放电 电池：储能器件,中压UPS不间断电源-户外机型组成部分,系统开关柜：输入输出以及旁路功能柜 电力电子开关柜：市电波动时，电力电子开关2-4ms将UPS切换为
7、电池输出 储能箱：集成充电器，逆变器，变压器以及电池,U,Server,TX,ATS,MV SWG.,STS,PDU,GEN SWG.,Gen,Gen,UPS,UPS,UPS,Max 3200A,Max 4000A, 65kA,Max 3000kW,UPS,PARALLELING SWG. A,UPS INPUT SWG.,Max 4000A,Max 3000kVA,UPS OUTPUT SWG. A,2MW 数据中心低压配电结构,U,Server,TX,ATS,MV SWG.,STS,IT UPS OUTPUT SWG.,PDU,GEN SWG.,Gen,Gen,UPS,UPS,UPS,UP
8、S,MECH SWG.,TX,ATS,GEN SWG.,Gen,Gen,TX,ATS,STS,GEN SWG.,Gen,Gen,UPS,UPS,UPS,MECH UPS INPUT SWG.,Re-circ.Pumps,Chiller,CRAC,CT,Fans,IT UPS INPUT SWG.,UPS PARALLELING SWG.,UPS PARALLELING SWG.,MECH UPS OUTPUT SWG.,2MW 数据中心低压配电结构含空调保护,U,Server,TX,MV SWG.,IT UPS OUTPUT SWG.,PDU,Gen,Gen,MECH SWG.,TX,TX,R
9、e-circ. Pumps,Chiller,CRAC,CT,Fans,MECH UPS OUTPUT SWG.,Gen,MV UPS,MV UPS,MV GEN SWG.,MV STS,MV ATS,2MW 数据中心中压保护方案含空调，冰水机保护,U,Server,TX,MV SWG.,IT UPS OUTPUT SWG.,PDU,Gen,Gen,MECH SWG.,TX,TX,Re-circ. Pumps,Chiller,CRAC,CT,Fans,MECH UPS OUTPUT SWG.,Gen,MV UPS,MV UPS,MV GEN SWG.,MV STS,MV ATS,2MW 数据中心
10、中压保护方案含空调，冰水机保护,U,Server,TX,MV SWG.,IT UPS OUTPUT SWG.,PDU,Gen,Gen,TX,Re-circ. Pumps,Chiller,CRAC,CT,Fans,Gen,MV UPS,MV UPS,MV GEN SWG.,MV STS,MV ATS,MECH SWG.,中压不间断电源,2MW 数据中心中压保护方案含空调，冰水机保护,2 MW 10 kV = 144 Amps,2 MW 380 V = 3787 Amps,电缆载流量要求降低到1/26,电压等级提高，电缆截面变为1/26！,U,MV SWG.,10MW数据中心低压保护方案,IT L
11、OAD,TX,PDU,SWGR,IT LOAD,TX,PDU,IT LOAD,TX,PDU,SWGR,IT LOAD,TX,PDU,IT LOAD,TX,PDU,SWGR,SWGR,SWGR,U,IT LOAD,TX,PDU,SWGR,IT LOAD,TX,PDU,IT LOAD,TX,PDU,SWGR,IT LOAD,TX,PDU,IT LAD,TX,PDU,SWGR,SWGR,SWGR,2MW MV UPS,2MW MV UPS,2MW MV UPS,2MW MV UPS,2MW MV UPS,2MW MV UPS,MV STS,MV ATS,U,2MW MV UPS,2MW MV UPS
12、,2MW MV UPS,2MW MV UPS,2MW MV UPS,2MW MV UPS,MV STS,MV ATS,Gen,MV PARALLELING SWGR B,Gen,Gen,Gen,Gen,Gen,Gen,MV PARALLELING SWGR A,Gen,Gen,Gen,Gen,Gen,MV SWG. A,MV SWG. B,中压保护方案,1322 平方米,10MW数据中心低压方案占地面积,10MW数据中心中压方案占地面积,节省50% 室内空间,19%,40%,49%,52%,55%,SF,占地面积比较,高层建筑中的低压不间断电源（UPS）分布占地面积大,高层建筑中的中压不间断电
13、源（UPS）分布占地面积小，电流小,高效率节省电费开支,4MW不间断电源中低压投资比较,*节约楼面面积所带来的收益未列入,Phoenix NAP数据中心Two 5MVA 12.47kV,Phoenix NAP数据中心Two 5MVA 12.47kV,美国国家航空和宇宙航行局NASA/JPL Goldstone 12.4KV 2*2.5MVA,目录,目录,低压配电系统减配可行性与必要性,1,数据中心供配电现状与问题,2,3,4,中压不间断电源系统方案1,中压不间断电源系统方案2,中压UPS方案210KV变压器与UPS一体化,10KV变压器与UPS整合成一体设备；输入10KV，输出380V； 以高压油机、高压计量、高压集中补偿为前提； 变压器+UPS的组合可以在工厂预制好，占地小、可靠性高； 该中压UPS可以中小型化利于分批投资。,总结： UPS系统发展从工频UPS到高频UPS、高压直流，对于中小型数据中心来说比较经济；对大型数据中心来说，巨大的供配电成本压力迫使电源行业尝试中压型UPS，以提高电压等级、减少低压配电环节、降低能耗。,中压UPS方案210KV变压器与UPS一体化,
