TIA-942:Ⅳ级
  
     实际IT负荷量:30%
　　
　　由表1我们可以清晰的了解到供变配电系统损耗在数据中心整体占比很高,其中UPS供电系统损耗占比最大,造成损耗主要原因是供电设备容量利用率低下,以满足供电隔离要求的UPS系统设备主机为例:满负荷时的标称效率为92%,实际的输出容量仅是额定容量的60%,按照冗余配置原则,实际的输出容量仅为额定容量的30%,此时的UPS工作效率低于85%,所以一般2N系统中供电系统效率仅有75%左右,近几年随着高频UPS应用,系统效率有所升高,但大部分损耗依然在20%左右,且高频UPS存在零线无法隔离问题,无法实现数据中心内部与外部电系统隔离。
　　
　　所以要提升数据中心供电系统效率,降低不间断电源系统的损耗,也是途径之一。
　　
　　一、并联型动态电压恢复器
　　
　　并联型动态电压恢复器(学称低压并联切换型电压暂降治理装置)系统由:切换开关、暂降治理单元、进/出线开关及旁路开关单元、系统控制单元组成。拓扑图如下:
　　
　　并联型动态电压恢复器运行模式可分为电网电压供电模式、逆变供电模式两种,以下是这两种运行模式的特点:
　　
　　1、电网电压供电模式:当市电正常工作时,系统工作在电子旁路状态,交流电经电子旁路开关供给负载,此时逆变器备份,不进行负载供电;
　　
　　2、逆变供电模式:当市电发生异常时,超级电容、锂电池系统等储能部件经逆变器输出交流电源,并联型动态电压恢复器在典型小于2ms产生与跌落电压幅值相等、相位相同的完整电压,替换原有市电提供的电压值,而保证系统输出的连续性。
　　
　　UPS在数据中心供电系统中是为应对不停电的供电需求而产生的设备,其根本目的在于实现交流输入的不停电供电功能。其延伸作用是可为IT设备改变市电供电质量。
　　
　　IT设备电质量容许区间分析要使后端负载满足不停电的供电需求,首先要了解IT负载的用电特性,详见表2:
　　
　　由于IT设备内部开关电源对输出电压有极强的调控能力,所以绝大多数IT设备对于UPS输出电性能指标要求并不高。
　　
　　由表2-1可知实际上UPS在改变市电供电质量上对于服务器几乎无影响,由于服务器本身电源将交流供电经AC-DC转换电路后输出48V直流电,48VDC再经过DC-DC转换电路输出负载需要的5V、12V、3.3V直流电。故服务器对于市电供电质量实际上要求并不高,基于目前中国电网情况,在保障电压稳定的状态下,IT设备完全能够适应市电直供模式。
　　
　　那么不间断电源的主要作用既在10ms内完成后备供电转换,同时保证IT设备运行电压,即可满足IT设备持续运行要求。
　　
　　并联型动态电压恢复器与UPS性能对比
　　
　　以下我们对并联型动态电压恢复器与UPS性能进行对比,同时对各性能指标所带来的影响进行分析(详见表3)。
　　
　　根据主要性能对比,我们可以看到,在单机容量、系统效率、负载类型、零线隔离上动态电压恢复器具有优势,在储能形式、断电响应时间、电质量控制方面UPS具有较大优势。但根据目前数据中心节能形势,我国对数据中心节电要求越来越高。在不影响系统安全的前提下,5%-14%的节电效率可有效缓解数据中心节电压力,同时降低数据中心运营成本,在绿色数据中心建设中动态电压恢复器具有一定的优势。
　　
　　二、锂电池与铅酸电池对比分析
　　
　　目前数据中心储能主要由铅酸电池和锂电池两种,少数数据中心采用飞轮储能方式。由于飞轮造价较高,占地空间大,自重较大,所以使用受限,故在本文中我们主要对锂电池储能和铅酸电池储能进行对比分析。
　　
　　数据中心锂电储能基本采用安全性较高的磷酸铁锂电池,从使用寿命、占地空间、设备重量、放电性能、维护费用上磷酸铁锂电池性能指标均超过铅酸蓄电池,目前限制锂电池储能主要因素有两点:
　　
　　1、锂电池造价较高,在长延时配置上与铅酸电池差价较大,是限制锂电池应用的重要原因。
　　
　　2、传统UPS厂商技术架构偏硬件,而锂电储能对于锂电池BMS控制系统有较高要求,传统UPS厂商技术积累较少,BMS系统研发受限,造成大部分厂商无法配套锂电池储能。
　　
　　但在数据中心应用中,锂电池具有较高的应用价值,原因如下:
　　
　　1、数据中心“寸土寸金”磷酸铁锂电池比铅酸电池占地空间减半,可以给机架留出更多空间,创造更多价值。
　　
　　2、数据中心后备时间一般在7-15分钟,且要求进行电池监测,此情况下需选用高倍率铅酸电池加电池监测系统,造价与磷酸铁锂电池相近(磷酸铁锂电池BMS自带监测系统),且磷酸铁锂电池使用寿命是铅酸电池一倍，综合成本磷酸铁锂电池更优。
　　
　　3、磷酸铁锂电池可增加气溶胶消防系统，无氢气溢出，在照明系统、消防系统上可降低投资造价。
　　
　　以下是磷酸铁锂电池与铅酸免维护蓄电池在500KVA后备15分钟要求下的性能指标对比(详见表4):
　　

      
　　综上所述,在数据中心环境储能产品性能上,磷酸铁锂电池具有非常大的优势,各方面数据几乎都优于铅酸电池。但限于我国投资方式的限制,一次性投资考核指标占比较高,所以初期费用较高的锂电池在竞争中不占有优势。同时由于行业内能够提供可靠的不间断电源BMS系统的厂商较少,造成行业内锂电池推广阻力较大。实际上从对比表格中可以看到,选用具有成熟BMS系统厂商产品情况下,锂电池无论从占地空间、运营费用、安全性上都具有较大优势。
　　
　　编辑：Harris