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IDC云计算数据机房演进和发展方向1

2016-9-5 9:14:39点击:
引   言


    在数据中心产业蓬勃发展的浪潮中,依然存在着很多结构性问题:数据中心如何向云时代迈进、如何同互联网进行完美对接、如何进行节能减排技术创新、如何进行优化运维、如何增强持续运营能力、如何避免IDC产品服务同质化问题等。数据中心的管理者们正在重新审视数据中心的规划与建设,设计、管理、运营等问题,能耗挑战将贯穿于数据中心的整个生命周期。


    由中国电源学会和中国电子节能技术协会联合主办的2014现代数据中心基础设施建设技术年会(第四届)对数据中心的前沿理论、技术进行了精辟、深入的交流与探讨,年会更加专注于中国的数据中心产业发展,围绕“智慧城市、信息消费、城镇化建设;绿色节能数据中心发展的三驾马车”的主题,涵盖了从配电、制冷、机柜系统以及集成、运维等数据中心各个领域.此次参会的技术专家、企业领袖、研究机构等各界人士的思想与言论精华,共同分析中国数据中心技术现状、透视中国数据中心技术发展的新趋势,并从信息化全局和提高社会生产力的战略高度研讨中国数据中心技术发展趋势,推动中国数据中心健康稳定发展。

1、绿色、集成数据机房演进和发展方
    早在2012年工信部发布的《工业节能”十二五”规划》就提出:到2015年,我国电子信息行业单位工业增加值能耗比2010年下降18%,要“重点推广绿色数据中心、绿色基站、绿色电源”,并且到2015年数据中心PUE值要比2011年下降8%。同年5月,工信部又发布《通信业“十二五”发展规划》,当中又提出“到2015年单位电信业务总量综合能耗比2010年下降10%”、“新建大型云计算数据中心的PUE值达到1.5以下”的进一步要求。由此可见,绿色、高效是数据机房未来演进和发展的主要方向。

2、模块化UPS技术发展优势

    信息化的发展使企业,政府信系统数据量与日俱增,企业也需要IDC机房助力云计算、大数据、移动互联网的发展,这推动了IDC机房的巨大发展和变革,设备的多样性,系统的高可靠性,使数据中心的“心脏”——使机房供电勉励越来越高的挑战。


在IDC机房中,传统动力系统一般包括:UPS设备和蓄电池系统、高低压配电系统、精密空调系统、应急发电系统、综合监控系统等子系统,各系统在实际运行中组成一个密不可分的综合整体,如何建设高效、安全、绿色、集成的IDC机房,成为业界标准的技术趋势。


    易事特模块化UPS电源应用领域覆盖金融、通信、电力、医疗、轨道交通等行业;突破供电范围的技术堡垒 ,做到真正的宽电压输入,满足不同电网的供电要求;“模块化冗余并联”凸现价值,体现供电系统的“随需应变”,让用户随着业务的发展而实现“动态成长”。即满足了后期设备的所需扩展,又降低了用户的初期购置成本。未来,随着UPS系统设计理念的不断深化,模块化UPS必将引起不间断电源新的革命,进而成为未来UPS系统发展的优势。


3、模块化UPS替代传统UPS趋势

    机房电力系统中每一个环节都应具有可扩展性和可管理性;低压配电自动切换系统以及UPS冗余系统等,对于这些系统我们不仅要精心设计,还要精心施工和系统化测试。UPS电源系统是电子信息机房的重要组成部分,担负着保障机房服务器与电子通信设备供电的重要任务。


    随着绿色节能数据中心的日渐深入人心,IT设备、供电(包括UPS、PDU、变压器等)、制冷是机房能耗的主要构成,据测算,UPS效率每提升1%,全世界数据机房可节电3亿度,是机房节能不可忽视的一环。用户需求是市场发展的“指南针”,用户以及市场的成熟使“模块化”UPS产品将成为主导未来市场的中坚核心。 


    在中国,随着通信与网络应用的复杂性、精密性与综合性日益增加,用户对高扩展冗余、持续可靠、纯净电源的需求也随之俱增,这是传统电源系统所不能提供的。 


    传统的UPS产品需求大户如电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了较大幅度的滑落。有专业机构做出的调查表明,由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少,加上这两个行业的UPS保有率较高,因此其UPS需求不太可能出现大的增长,预计未来的市场份额将逐渐下降。相反,一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对UPS的需求呈现出了快速增长的势头,特别是制造业中,中小企业的大规模崛起,更是成为了带动UPS市场增长的新动力源泉。


  易事特模块化UPS成功入围“国家广播电影电视总局”等各大行业,为纳入行业采购标准规范奠定重要的基石。


4、易事特模块化UPS特点及价值
    相对于传统意义上的UPS,易事特模块UPS优势在于:集成一体化设计、系统模组化架构。
集成一体化设计   系统模组化架构


供电的可靠性

    UPS功率模块之间并联冗余设计,低功耗的类模块设计与模块之间独立的供电电源,从而使整个系统可靠性提高。
    任意模块损坏均不影响其它模块正常工作,可在很短时间内完成模块热插拔更换、扩容。
    功率模块单元、系统监测单元、充电模块损坏,也不影响UPS正常工作。另外,配电部分采用双备份系统,提高安全系数。

    LBS同步控制功能,实现双母线并机冗余功能,确保供电可靠性。


后期扩展性强

    在行业用户的信息网络供电系统建设中,模块化UPS可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。此外,打破传统的“1+1”或“N+1”的冗余机制,实现“N+X”的故障冗余及升级扩容,也可以大大节约采购、安装及维护成本


    模块化UPS最多可以增加到20个模块,单模块由20、25、50KVA模块组成。单机最大扩展到250KVA:单个模块功率25KVA,共10个;单机冗余并机达到1000KVA:单模块功率50KVA,共20个;


    易事特绿色智能模块化UPS电源采用N+m冗余并联技术是专门为了提高UPS的可靠性和热维修〔也称作热插拔和热更换(hotplugin)〕而采用的一种新技术。所谓N+m冗余并联,是指在一个UPS单机内部,采用N+m个相同的电源模块并联组成UPS整机。其中N代表向负载提供额定电流的模块个数,m代表冗余模块个数。m越大UPS的可靠性越高,但UPS的成本也越高。在正常运行时UPS由N+m个模块并联向负载供电,每个模块平均负担1/(N+m)的负载电流,当其中某一个或k个(k≤m)模块故障时,就自行退出供电,而由剩下的N+(m-k)个模块继续向负载提供100%的电流,从而保证了USP的不间断供电。


n个整流模块与k个逆变模块组成的冗余并联式UPS

 


高效节能低成本

    传统工频机在满载状态下其效率仅能达到约90%,且此时其THDI通常达>30%;如果需要为降低THDI而增加5、7次无源滤波器,而系统效率会低至90%以下。易事特采用的PFC整流技术与三电平控制技术相比12脉冲整流与二电平控制技术,脉动转矩减低,其输入谐波理论上≤5%,而实际易事特模块化UPS输入谐波电流<1.9%(见图一)。


传统UPS与模块化UPS拓扑架构对比(图一)

    易事特绿色智能模块化UPS电源采用低损耗器件和优化设计、纯在线双变换架构、智能轮换休眠控制技术(见图二)。

智能轮换休眠控制技术(图二)

    其独有的逆变拓扑“三电平控制技术”,能有效减低逆变IGBT的导通与关断的损耗,并通过优化母线电压调整参数和逻辑,超越传统UPS效率90%,其整机效率达到96%,排名领先行业(见图三)。由此并荣获得“中国节能产品认证证书”。


    易事特绿色智能模块化UPS属智能化高频UPS,输入功率因数接近于1,相比同类产品节电15%左右。


传统UPS与模块化UPS效率对比 (图二)

    易事特模块化UPS其核心器件DSP芯片采用国际市场美国TI品牌,引进其最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片TMS320F2812。它具有它既具有数字信号处理能力,又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能;指令周期(150MHZ)达到6.67ns毫秒级的运算,确保UPS能快速准确的运算,达到切换时间0ms。
 
双总线同步与黑匣子功能

    易事特模块化UPS实现的LBS功能系统,由两台独立的系统UPS1和UPS2通过LBS总线电缆相连,LBS总线电缆内包括一条CAN BUS和一条同步信号线。为了避免单点故障,监控采用冗余设计,一台UPS内有个监控模块。EA660III的LBS功能支持8个独立系统的负载同步(先实现两个系统的同步)。


    模块UPS核心元件TMS320F2812内含128K×16位的片内Flash存储器,并可扩展多达1MB的外部储存器,结合外部硬件设计构成具有存储事件的黑匣子功能,在数据中心应用领域,遇不可抗力因素发生的电气故障,UPS黑匣子存储记录瞬态故障发生数据,为分析故障提供权威以及切实有效的数据。



总    结
    用户需求是市场发展的“指南针”,用户以及市场的成熟使“模块化”UPS产品将成为主导未来市场的中坚核心。面临中国通信与网络应用的复杂性、精密性与综合性日益增加,用户对高扩展冗余、持续可靠、纯净电源的需求也随之俱增。引易事特绿色智能模块化UPS将再度为未来数据中心机房保驾护航,引领行业发展,满足市场需求。

参考文献
{1}周京华·多电平逆变器拓扑架构及调制策略的研究[博士学位论文]西安交通大学
{2}刘娜·基于DSP控制的三电平逆变器的研究[硕士学位论文]
济南山东大学
{3} 龚春英·基于DSP控制的逆变器并联技术研究[副教授论文]
南京航空航天大学
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