一、新型全分散供電結(jié)構(gòu)形式

新型全分散供電結(jié)構(gòu)是指將不間斷電源系統(tǒng)分散安裝在用電設(shè)備的列頭或列間,就地為ICT設(shè)備供電。全分散供電系統(tǒng)主要由電池柜、電源機柜和配電柜組成,其組成示意圖如圖1所示:

二、新型全分散供電結(jié)構(gòu)特點

1、可取消電力電池室的建設(shè),節(jié)約機房前期土建建設(shè)成本

由于將電源設(shè)備分散到ICT設(shè)備機房內(nèi)部安裝,無需再單獨設(shè)置電力電池室,這樣可減少機房前期土建建設(shè)成本,更能提高機房的利用率;

2、柔性規(guī)劃,按需擴容,實現(xiàn)邊成長邊投資的建設(shè)模式

選擇模塊化電源設(shè)備建設(shè),電源系統(tǒng)容量可以根據(jù)機房的實際容量需求配置,逐步擴容,無需在建設(shè)初期一次性按最大容量建設(shè),只要在機房初期規(guī)劃好配電容量即可;

3、電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高

從電源系統(tǒng)組成方面來看,全分散供電電源系統(tǒng)組成相對傳統(tǒng)集中供電電源系統(tǒng)組成簡單,系統(tǒng)可靠性非常高。全分散供電系統(tǒng)完全貼近通信設(shè)備供電,省去了輸出配電屏到列頭柜間的供電環(huán)節(jié),通過系統(tǒng)可靠性計算,全分散供電系統(tǒng)可用度可達(dá)到99.999999%;

4、電源系統(tǒng)效率高,節(jié)能效果明顯

選用高效電源設(shè)備,電源系統(tǒng)效率能夠達(dá)到95%以上,與傳統(tǒng)“1 1”UPS冗余系統(tǒng)相比,電源系統(tǒng)效率可提高5%～10%;

5、電源系統(tǒng)配置靈活,可滿足不同等級通信設(shè)備的用電需求

由于電源設(shè)備安裝在每列設(shè)備的列頭或列間,可根據(jù)通信設(shè)備供電等級要求,采用單電源或雙電源系統(tǒng)供電。因此,當(dāng)機房全部采用全分散供電結(jié)構(gòu)后,可以隨時應(yīng)對同ICT設(shè)備的供電需求,提高了工作效率;

6、電源設(shè)備安裝緊湊,提高了機房通信設(shè)備的裝機率

由于列頭電源設(shè)備均采用19″標(biāo)準(zhǔn)機柜安裝,設(shè)備安裝緊湊,占地面積小,拆裝方便,所以搬遷容易、快捷、無浪費或少浪費,隨時可滿足機房區(qū)域調(diào)整的需求。

三、新型全分散供電結(jié)構(gòu)對設(shè)備的選型要求

為了能夠在同一機房內(nèi)與ICT設(shè)備機柜同列安裝,與ICT設(shè)備機柜保持風(fēng)格一致,電源設(shè)備選型配置要求如下:

1、電源機柜、配電柜和電池柜尺寸要求為標(biāo)準(zhǔn)19″機柜;

2、電源設(shè)備應(yīng)采用高可靠性的模塊化電源,電源系統(tǒng)容量可根據(jù)需要進(jìn)行擴容;

3、電池應(yīng)選用大電流放電特性好,占地面積小、重量輕,無酸霧,適合在標(biāo)準(zhǔn)19″機柜內(nèi)安裝的蓄電池;

4、電源系統(tǒng)應(yīng)有完善的監(jiān)控管理功能,并能夠接入機房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)統(tǒng)一管理。?隨著通信電源技術(shù)的發(fā)展,模塊化電源和新型鋰電池在通信行業(yè)的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)有的新型電源產(chǎn)品完全能夠滿足全分散供電方式電源設(shè)備的配置選型要求,為我們創(chuàng)造了采用全分散供電結(jié)構(gòu)的條件。

336V高壓直流電源應(yīng)用

高壓直流供電系統(tǒng)是近幾年正在研究的一種集中了UPS供電系統(tǒng)和-48V直流供電系統(tǒng)的優(yōu)點為一體的新型供電系統(tǒng)。

336V高壓直流電源是中國移動提出的面向未來全新的供電方案,這與國際上提出380V的運行電壓是一致的,具有國際先進(jìn)水平。

四、336V高壓直流電源技術(shù)特點

336V高壓直流供電系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)效率低、可擴展性差、可靠性低、成本高等弊病,具有電路簡單、變換少、可靠性高、效率高、體積小、成本低等優(yōu)點。其與傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對比如圖2所示。

336V高壓直流供電系統(tǒng)可以很好地解決交流UPS存在的諸多問題,各種參數(shù)對比見表1。

五、336V高壓直流電源供電方案

根據(jù)服務(wù)器輸入電壓的不同,336V高壓直流電源在數(shù)據(jù)中心中供電方案主要有以下兩種:方案一:選用輸入電壓為12V直流服務(wù)器,通過在服務(wù)器機架中部配置336V/12V的嵌入式電源,集中為12V直流服務(wù)器供電。

12V直流服務(wù)器應(yīng)用已非常成熟,目前阿里巴巴、谷歌、Facebook數(shù)據(jù)中心均選用的12V直流服務(wù)器。

方案二:選用輸入電壓為400V直流服務(wù)器,直接采用336V高壓直流系統(tǒng)供電。

目前國際上400V高壓直流電源接口標(biāo)準(zhǔn)已于2012年2月份發(fā)布,HP、IBM等企業(yè)將陸續(xù)推出400V直流服務(wù)器。

六、336V高壓直流電源產(chǎn)品成熟度

目前國內(nèi)主要通信電源廠家均研發(fā)生產(chǎn)出高效率的336V直流電源產(chǎn)品和高效率的336V/12V嵌入式電源或PSU,大部分廠家參與了中國移動336V高壓直流電源試點應(yīng)用工程,從系統(tǒng)各項測試結(jié)果來看,產(chǎn)品的各項指標(biāo)參數(shù)完全適用通信和數(shù)據(jù)設(shè)備的供電需求。

隨著國內(nèi)外高壓直流相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)發(fā)布和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟,通信電源廠家將推出各種類型的336V直流電源及相關(guān)配套產(chǎn)品,相信336V高壓直流電源供電方案將成為數(shù)據(jù)中心高效供電解決方案。

七、數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備336V直流供電支持情況

1、ICT設(shè)備336V直流供電原理

目前ICT設(shè)備主要以交流供電為主,交流電源模塊主要有兩種,ATX標(biāo)準(zhǔn)電源和SSI標(biāo)準(zhǔn)電源,其簡化的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。交流220V輸入先經(jīng)過EMI濾波、整流、PFC電路,變換成380V左右的直流,然后再將380V直流經(jīng)過DC/DC電路變換成12V直流,12V直流通過分壓電路獲得0.8～5.0V直流電壓提供給ICT設(shè)備電子負(fù)載使用。

對于采用交流電源模塊供電的ICT設(shè)備,可以將其交流電源模塊替換為336V直流電源模塊完成直流化升級。336V直流電源模塊的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖4。相比交流電源模塊,省去了整流、PFC這些AC/DC電路,直接將336V直流經(jīng)過DC/DC電路變換成12V直流,12V直流通過分壓電路獲得0.8～5.0V直流電壓提供給ICT設(shè)備電子負(fù)載使用。因變換環(huán)節(jié)和電路的簡化,336V直流電源模塊比交流電源模塊的可靠性、效率更高,成本更低。

從以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的對比可以看出 ICT設(shè)備交流電源模塊和336V直流電源模塊有以下共同點:

ICT設(shè)備內(nèi)部基礎(chǔ)工作電壓均為12V直流,通過分壓電路獲得0.8～5.0V直流電為電子負(fù)載供電。無論外部輸入交流還是直流最后都需要轉(zhuǎn)換成12V以下直流電壓為電子負(fù)載供電。

DC/DC環(huán)節(jié)均備電氣隔離?

對ICT設(shè)備的電子負(fù)載來說,交流電源模塊和336V直流電源模塊輸出電源要求相同,交流電源模塊供電的ICT設(shè)備在更換電源模塊后可以采用336V直流電源供電。

2、現(xiàn)有ICT設(shè)備336V直流供電支持情況

數(shù)據(jù)中心主流應(yīng)用的設(shè)備有路由器、交換機、服務(wù)器、存儲磁陣、防火墻設(shè)備等,這些設(shè)備中的大多數(shù)是采用交流電源模塊供電,這些交流電源模塊部分是可插拔的獨立的模塊,部分是固定安裝在設(shè)備內(nèi)部的獨立模塊。這些主流設(shè)備,大多數(shù)都可以通過將交流電源模塊更換為直流電源模塊的方式,支持336V直流供電應(yīng)用。但目前的路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般沒有內(nèi)置交流電源模塊或者48V直流電源模塊,不能通過更換電源模塊的方式支持336V直流。設(shè)備內(nèi)部的業(yè)務(wù)單板、控制單板等部件,也不能支持336V直流直接輸入供電。因此,路由器、交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要通過外置336V轉(zhuǎn)48V直流電源框的方式來實現(xiàn)支持336V直流供電。未來,隨著路由器設(shè)備供電架構(gòu)的演進(jìn),也會出現(xiàn)內(nèi)置336V直流電源模塊的供電架構(gòu),直接支持336V直流供電。

以華為公司生產(chǎn)的ICT設(shè)備為例,數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備支持336V直流供電情況如表2所示。

鋰電池應(yīng)用

鋰電池是一種新型電池,目前主要應(yīng)用在電動汽車領(lǐng)域,自2010年起,中國移動已經(jīng)開始在一些移動通信基站和高壓直流供電系統(tǒng)設(shè)備的測試系統(tǒng)中試用,探索中國移動引入鋰電池的安全性、適用性和經(jīng)濟性。

1、鋰電池技術(shù)特點

鋰電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比,具有環(huán)境污染小、適用溫度范圍寬、循環(huán)壽命長、高溫性能好、充電效率高、能量比高等優(yōu)點。磷酸鐵鋰電池與傳統(tǒng)鉛酸電池對比分析如表3所示。

從表3對比分析來看,鋰電池非常適合大電流短時間放電場合,因此對于高密度數(shù)據(jù)中心建議優(yōu)先考慮配置鋰電池,特別是與高壓直流電源配合使用,供電結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,占用空間小,能完全實現(xiàn)全分散供電結(jié)構(gòu)的要求。

2、鋰電池應(yīng)用方案

目前,在通信行業(yè),鋰電池產(chǎn)品主要以48V電池模塊形式出現(xiàn)的,當(dāng)與336V直流電源配合使用時,選擇7個48V鋰電池模塊串聯(lián)成336V鋰電池組使用。?

由于鋰電池必須使用BMS,且需要對每個3.2V單體進(jìn)行監(jiān)測和控制,以保證電池的一致性,但單一BMS管理100只以上的單體電池難度也很大。?

針對此問題,我們提出了336V鋰電池組雙層管理模式,底層為單元BMS,對單個48V鋰電池模塊進(jìn)行監(jiān)測和管理;上層為系統(tǒng)BMS,綜合處理底層7個BMS單元的監(jiān)測信息和管理要求,同時與336V直流電源監(jiān)控模塊進(jìn)行通信,來實現(xiàn)對336V鋰電池組內(nèi)部電芯進(jìn)行管理,確保電池充放電的安全。

3、鋰電池產(chǎn)品成熟度

目前國內(nèi)外主要鋰電池廠家均研發(fā)生產(chǎn)出能夠與336V直流電源系統(tǒng)配套的電池產(chǎn)品,并進(jìn)行了與336V直流電源配合應(yīng)用測試,從測試數(shù)據(jù)來看,高質(zhì)量的鋰電池能夠在數(shù)據(jù)中心機房中安全使用。

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