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1、刍议磁悬浮技术及刍议磁悬浮技术及 DPS 的运用的运用一、DPS+飞轮组合系统的分析由于 DPS 系统优势明显，非常适合对特定重要服务器负载供电的应用场合。但因采用较贵的铁锂电池导致投资成本增加，且还存在电池组寿命无法保障的弊端。将磁悬浮飞轮储能设备替代原有铁锂电池，则可以实现优势互补，在理论上组合系统将更加优越，但还需进一步分析。1、系统架构结合实际试用情况，DPS+飞轮组合系统的架构。其工作原理为：市电正常时，机房内所有机架设备均通过DPS 设备从交流列头柜引接交流电源，同时飞轮设备处于低电流运转状态，并通过专门配置的小容量 UPS 为自身控制电路及显示屏提供不间断电源。当市电断电或市电出
2、现闪断时，DPS 设备将实时监测并立即发出启动飞轮设备的信号，飞轮设备接收到信号后将自身储存的机械能转化为高压直流输出，一方面通过直流列头柜同时给多个机架提供后备电源，另一方面通过 UPS 的逆变器为自身控制显示部分提供不间断电源，直至后备油机将市电送达机柜的DPS 输入端。此后，DPS 将转入正常工作，而飞轮设备将根据 DPS 的指令信号进入充电状态，充满后又转为低电流运转状态。2、投资分析假设前提为更好地分析 DPS 系统、UPS 系统、DPS+飞轮组合系统、UPS+飞轮供电系统和 DPS+飞轮+部分铁锂电池系统的建设投资情况，需要构建同一个建设前提。现假设某机房需要建设 200 架机柜，
3、单机架功耗为/架，总负荷为 352KW，合 440KVA。在同等负载及同一建设基础条件下，考虑以上五种供电系统的建设方案、初期投资和 10年内的总投资情况。计算结果计算原则：10 年内 DPS 和 UPS 主机等主设备无需更换，整体投资成本主要考虑初期投资成本以及后期运营需要支出的电费、测试费、维修费、设备更换费、运维人员工资等。对于 UPS 系统因配备铅酸蓄电池额外占用的机房面积，只计列其相应的初期土建成本。五种供电系统投资情况。计算过程 a）DPS 系统：10 年内铁锂电池需要更换1 次，设备更换及其安装测试费用为：万元/套200 套=176 万元。该供电系统十分节约电能，无需空调等费用，
4、且节省空间。该系统 10 年内的电费可按照万元/年10 年=2万元估列，合计为 176+2=万元。b）UPS 系统：10 年内蓄电池需要更换 2 次，费用为 64 万元/次2 次=128 万元，其安装测试费为 12810%=万元。因蓄电池产生的电费支出为元/度365 天10 年=万元。因蓄电池额外增加的空调耗电费用：元/度24h365 天10 年=万元；采用蓄电池后导致整体系统故障率提高，故障维修费用为 2 万元/年10 年=20万元；在同时考虑维护通道的情况下，蓄电池及开关柜占地面积约为4+2=，2 台飞轮设备总共占地面积为：23=36m2，前者相比飞轮多占用=，可按照 22m2 估算。该机
5、房空间初期建筑成本为 22m2万元/m2=33 万元。蓄电池需要经常进行容量测试，测试费用为 2 万元/年10 年=20万元。而采用铅酸蓄电池无法实现整个系统全自动响应功能，需要人工手动操作，从整体供电系统的维护和管理角度考虑，需要配置 2 名维护人员，按照每人每年工资 7 万元计，维护人员工资为 14 万元/年10 年=140 万元。合计为128+20+33+20+140=万元。c）DPS+飞轮系统：采用飞轮每年需要投入的电费为：万元/年10 年=20 万元。d）UPS+飞轮系统：采用飞轮每年需要投入的电费为：万元/年10 年=20 万元。e）DPS+飞轮+部分铁锂方案：该方案保留了部分铁锂
6、电池，一方面是为 DPS 内部控制电路提供伺服电池，另一方面是为了确保油机启动时间。10 年内铁锂电池需要更换 1 次，因更换铁锂电池和整流器产生的追加投资为万元/套200 套1=66 万元，其安装测试费用为6610%=万元。采用飞轮每年需要投入的电费为：万元/年10 年=20 万元。合计为 66+2=万元。投资结论在同等负载需求、同一建设基础条件下，以 10 年为期五种供电系统的投资成本分析情况。可以推断，随着运行时间加长，UPS 系统和 DPS 系统的追加投资将大幅增加。而 DPS+飞轮系统的追加投资增加很少，其总体投资成本将会最少。3、效益分析节能减排效益 DPS+飞轮供电系统一方面工作
7、效率高，无需经过逆变过程，系统自损低；另一方面采用飞轮设备替代铁锂电池，不仅节能且完全无污染。故组合系统能实现真正意义上的绿色节能环保。间接经济效益 DPS+飞轮组合供电系统对楼层承重没有特殊要求，大楼建设初期不需要考虑电力电池室的建筑负荷为 16KN/m2 的要求，因而能减少大楼初期土建成本。而且节省出来的电力机房可以直接转化为 IDC 机房，形成业务收益。其次，系统运行中无需增加额外的空调配置及因空调运转带来的电费投入。最后，飞轮设备可靠性高、20 年内免维护和更换，而铁锂电池一般 6 年左右需要更换一次，因而能节省后期设备更换的追加投资。管理维护效益采用少量的飞轮设备取代大量的、分散的铁
8、锂电池，不仅能够实现对各个机柜的后备电源保障，同时也便于集中维护和管理，而且飞轮设备具备远程监控和数据记录、拷贝和上传功能，能直接提升运维管理水平，对实现机房精细化管理体系具有现实意义。社会效益 DPS 分散供电技术本身就是一种优势十分明显的新技术，与传统的集中供电方式截然不同。该技术能满足特定用户重要负载的分散供电及需要后备电源保障的需求，具有十分广阔的市场空间和应用前景。而飞轮储能技术作为一种旨在取代蓄电池实现节能环保的新的储能技术，在国内应用并不多见。开展 DPS 分散供电技术和飞轮储能技术的综合应用研究，能树立起敢于承担社会责任、紧跟时代脉搏的良好企业形象，而且能大力提升自身维护管理水
9、平、降低企业运营成本、实现节能减排的技术创新及构建科学的精细化企业运管体系的双丰收。二、存在问题飞轮设备结合 DPS 使用有两种情况：一是保留部分铁锂电池，二是完全替代铁锂电池。从技术层面考虑，这两种情况还存在以下问题。1、个性问题1）保留部分铁锂电池的情况 DPS 设备需增加外接电池接口及三级切换电路。在 DPS 输入端市电掉电时，DPS内部切换电路应该能够迅速切换到飞轮设备端，飞轮设备将经过外接电池接口给 DPS 设备提供电源。在飞轮设备放电结束而市电尚未恢复前，DPS 内部切换电路能够迅速自动切换到铁锂电池供电状态，待检测到市电输入端有电后再切换到到市电供电端。该切换电路应能自动检测并保
10、证切换响应时间为 ns 或者 ms 级以满足服务器负载的需求。2）完全替代铁锂电池的情况 DPS 设备内部控制电路需要一直提供低压直流电源，目前飞轮设备无法提供低压直流电源输出，因此此时需要对 DPS 设备或飞轮设备进行内部电路改造。2、共性问题a）在市电正常而部分 DPS 设备因为空开跳闸或其他故障发生市电掉电时，飞轮设备无法检测到掉电情况，也就不能及时为出现故障的 DPS 设备提供直流电源。要解决此问题有两种办法：一是对飞轮设备进行电路改造后，让其输出端能一直提供高压直流。当市电正常且部分 DPS 设备市电输入端掉电时，DPS 将自动切换到飞轮设备端，由其输出的高压直流电源继续为负载供电。
11、二是 DPS 和飞轮设备均需要增加通信接口，并研发检测控制器。DPS 设备实时监测市电情况，并能迅速向飞轮设备发出指令信号，飞轮设备接收到指令信号后能迅速响应。b）飞轮设备和 DPS 组合使用存在电压不匹配的问题，需要对飞轮设备或者 DPS 设备进行电路改造或升级，以保证两者能够匹配使用。三、结束语综上，磁悬浮飞轮设备和 DPS 设备优势互补，将二者组合使用构建新的供电系统，无论是将飞轮设备全部替代铁锂电池还是部分替代铁锂电池在理论上可行，在投资成本、经济和社会效益方面的优势也比较明显。但在技术层面均涉及到 DPS 设备和飞轮设备的内部电路改造或升级，并可能涉及到检测控制器的研发，这需要两家设备厂商分工协作才能做好。在解决了技术上的问题后还需要进行下一步的匹配测试、可靠性分析和技术认证。作者：雷卫清 陈凤 王丽 单位：江苏省邮电规划设计院有限责任公司
