什么样的UPS供电系统能让您的数据中心既可靠又高效?既安全又绿色?对于这个话题的探讨在业界已有10多年了。然而伴随着云计算、大数据时代的到来,近两年对于这个话题的关注程度更是越加密切,为什么呢?答案应该是显而易见的:一是人们对数据处理有了更高的要求,因为数据已成为全社会最重要的资产,数据是未来的石油和资金;二是人类必须面对能源短缺的危机,因为能源是人类赖以生存不可或缺的资源,能源的枯竭将是宇宙的灾难。
　　
　　1 对可靠性的理解
　　
　　毫无疑问,大数据是当今世界发展最迅速、创新最活跃的引掣,它带来的新技术、新概念、新商业模式,将对社会生产和人们生活,以及社会经济形态和国家发展产生重要而深远的影响。而大数据的处理、传输、存储、管理的承载则是数据中心的IT设备和保障这些设备可靠运行的基础设施及其UPS供电系统。
　　
　　多年来,随着电子电力技术的发展,各UPS厂商从生产工频机、高频机到模块化,从小功率、中功率到大功率乃至超大功率,UPS系统从单机、N+1到2N+1配置,技术人员不断探索出为用户提供高可靠、高可用、高效的UPS供电系统技术。

   何为可靠性?通俗的说就是产品或系统在运行期间没有出现故障或故障率很低。从广义上讲,“可靠性”是指使用者对产品的满意程度和对企业的信赖程度。而这种满意程度和信赖程度是需要背后有强大的技术支撑的可靠性实际包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。
　　
　　2 引领创新,可靠性与高效的最佳实践
　　
　　全球领先的能效管理和自动化领域专家施耐德电气最新推出的GalaxyVX-UPS系统就是为大型或超大型数据中心提供的既可靠又高效、既安全又绿色、节能的供电系统解决方案。此方案提供单机高达1500kW的高效可扩展的三相电源保护,具有灵活的运行模式,适用于大型工业企业、数据中心和工业应用。
　　
　　(1)采用可扩展设计(见图1)
　　
　　GalaxyVX系统设计为250kW模块化功率柜。在初始安装完成后可通过添加功率柜来实现负载增容或提高冗余度。得益于GalaxyVX的创新技术,客户可以根据业务目标选择最匹配的UPS,随需应变保障不断增长的业务需求。
　　
　　模块化设计
　　
　　采用250kW功率柜体扩容系统。每一个功率柜体都能够平均分担负载,并且当发生故障时能够与系统隔离,因而即使有功率柜体故障后系统仍然能够继续正常运行。
　　
　　优势
　　
　　随负载增加而支付款项,能够保留预支资本花费。在一个单一的UPS中实现N+X冗余,为N+X系统支出最低的固定资产。
　　
　　(2)采用4电平逆变器,大幅提高UPS可靠性和可用性,传统2电平和3电平逆变器以及4电平逆变器的工作原理图见图2和图3
　　
　　

4电平逆变技术有效减少了对IGBT的承压,大幅度提高了可靠性;减少开关损耗,使得散热更少、效率更高;缩小了电感尺寸使其重量变轻,电感散热减少,故障率降低;采用功率模块设计,使全球制式统一(电压制式:380V、400V、415V、480V)。IGBT故障率和承压的关系见图4。
　　
　　(3)采用E变换模式
　　
　　Galaxy VX提供了3种运行模式。每一种模式都具有不同的效率和性能(见图5)。客户可以选择最匹配您业务目标的运行模式。
　　
　　什么是E变换?
　　
　　GalaxyVX提供的E变换模式,结合了ECO和双变换模式。该模式效率高达98%以上,同时电能质量与双变换模式几乎一致。E变换模式能够在高效状态下提供双转换模式所具有的保护特性。静态旁路开关在110%负载下能持续运行。
　　
　　E变换的工作原理:供电通路是通过静态旁路开关;逆变器与静态开关同时处在导通工作状态;双向逆变器给直流母线充电;逆变器进行功率因数校正PFC,同时消除电流谐波;当市电断电时,可以零中断切换到逆变器继续供电;旁路开关SCR可以像二极管一样控制(见图6)。
　　
　　使用GalaxyVX高效双变换模式与传统双变换模式的比较见图7。
　　
　　(4)Galaxy VX兼容多种前瞻储能技术(见表1)
　　
　　(5)Galaxy VX大幅降低系统整体供电成本简化系统架构,避免操作和维护风险,降低系统总体配电开支(见图8)。
　　
　　(6)智能管理软件与完善的服务体系
　　
　　数据中心基础设施管理软件见图9。

  在数据中心环境中,GalaxyVX可以借助一体化数据中心基础设施管理(DCIM)应用套件——StruxureWare数据中心管理平台实现全面的管理。通过管理横跨多个域的数据中心,提供可用于指导操作的信息以帮助实现高可用性和最佳能效的完美平衡,助力业务实现成功。StruxureWare数据中心管理平台是施耐德电气EcoStruxureTM能效管理平台综合软硬件系统架构的关键组成部分,该系统架构专为智能能效管理设计。

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   StruxureOn数字化云服务用于监测和保护您的关键设备,得益于实时数据、智能报警以及基于数据分析的真知灼见,您可以从智能手机端随时随地掌控互联资产的健康状况。定期报告让您随时了解设备在使用期内的状态,以及何时计划更换电池。
  
  发生故障时,我们的专家可远程排除故障,或派遣现场服务工程师提供现场支持。
　　
　　施耐德电气为您的楼宇、行业、供电或数据中心基础设施提供必要的专业知识、服务和支持。凭借施耐德电气全球首屈一指的生命周期服务,用户可通过更加智能的方式安装和维护关键应用,确保系统始终以最佳性能运行。装配和开机服务由认证的现场服务工程师(FSE)提供,确保客户的系统可享受全面的工厂保修服务。经施耐德电气认证的安装过程可确保设备配置合理,实现最佳性能。施耐德还提供现场保修扩展服务、Advantage计划、预防性维护。
　　
　　(7)GalaxyVX适用于行业范围适合于电力网络(图10)
　　
　　•具有宽广的输入电压和频率范围
　　
　　•软启动设计,兼容发电机组要求
　　
　　•N+X冗余配置
　　
　　•内置经测试的集成式反向馈电保护系统,确保人员安全和合规性
　　
　　•具备功率因数校正和谐波滤波功能适合于工厂基础设施
　　
　　•占地面积小
　　
　　•可靠墙安装
　　
　　•40℃以下满载持续运行,无需降容
　　
　　•经IBC2012和CBC2013抗震认证,抗震能力达1.84g
　　
　　•超低噪音
　　
　　•可更换式过滤网,适于恶劣环境
　　
　　•可编程输入/输出干接点
　　
　　•可从顶部或底部进线
　　
　　•支持UPS多机并联,提高容量或冗余
　　
　　•具有外同步功能,支持2N同步配置与施耐德电气解决方案全面整合(图11)
　　
　　•可与施耐德电气综合能效管理解决方案全面整合,适用于数据中心和工业应用。智能负载测试(SPoT)
　　
　　•在UPS连接关键负载前,可对UPS进行满载测试,而无需额外租赁假负载箱。
　　
　　3 结束语
　　
　　拥有稳定可靠的电源是业务成功的关键保障。GalaxyVX具备以下10大设计特色,旨在满足最严格的供电要求:
　　
　　•采用创新的4电平逆变器,可降低功耗和功率元件承压,实现高效率和元件可靠性完美统一
　　
　　•内部冗余功能,支持容错设计
　　
　　•静态开关支持110%负载持续运行,具有强大的过载能力
　　
　　•模块化容错设计,缩短了平均修复时间
　　
　　•(SPoT)模式可在UPS连接关键负载前对其进行测试
　　
　　•内置反向馈电保护,确保人员安全和合规性,且节省安装成本
　　
　　•边成长边支付——在最初安装完成后,可随着负载增加而以250kW的模块逐步扩容UPS
　　
　　•扩展系统可实现增容或提高冗余度
　　
　　•输出功率因数为1,40℃时kVA=kW
　　
　　•具有输入功率因数校正和谐波滤波,消除上位开关过载风险
　　
　　随着业务的扩张,基础设施也需要增容。GalaxyVX在设计安装和整个生命周期内的每个环节都堪称是灵活、创新和经济的解决方案。施耐德电气创新的解决方案和对行业的深刻理解,将不断帮助客户在全球工业自动化、ICT建设领域提高产能,保障安全和降低能耗方面做出卓越的贡献。我们相信在行业、厂商和用户的共同努力下,未来的数据中心一定会更加智能高效、可靠安全、绿色环保。
　　
　　作者简介
　　
　　何春华，资深电源专业人士,现任北京银星通达科技开发有限责任公司总经理,同时担任《UPS应用》杂志&机房360网总编,中国电源学会理事、中国电源学会专家委员会专家、中国计算机用户协会常务理事、北京电子学会计算机委员会秘书长。

编辑：Harris