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数据中心IT设备电源技术发展趋势(2)

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-20 11:50:55 * 浏览: 5
电源系统涵盖了广泛的内容和各种各样的设备。在不同的电源系统(例如典型的苏联制造和美国制造的电源系统)下,体系结构也将有所不同,但是前端电源系统通常不是由用户决定的,而是直接由IT设备决定的。电源的终端电源系统实际上在很大程度上影响数据中心的建设和运营成本。因此,本文将主要讨论终端IT设备电源系统的典型解决方案和发展趋势。第三,由于存在全部或部分ACUPS(或HVDC),上述各种主流应用解决方案的主电源方案,无论是ACUPS(或HVDC)主电源还是市电+ ACUPS(或HVDC)共享。 )供电时,终端系统的效率可以提高到约96%。是否有进一步改善理想电源效率(99%甚至接近100%)的空间?是否可以使用城市的主电源,以及不间断电源备份的可能性?以下典型案例具有示范意义:3.1集中市电供电方案在中国成功进行1个市电+ 1个HVDC共享和推广实验之后,百度开始采用1个市电电源+ 1个HVDC备用电源。双电源服务器的两个输入电源全部来自市电,另一个来自HVDC系统。通常,服务器由市电单通道供电,HVDC系统的电池处于充电状态,并且市电关闭时,备用电池系统会迅速切换到另一个服务器电源。此系统架构与1个主电源+ 1个HVDC共享的系统架构完全相同,并且仅两个服务器电源模块需要具有备用设置,例如主服务器和从属服务器。有关详细信息,请参见下图。该解决方案的架构与1个城市电力+ 1个HVDC共享解决方案的架构相同。通常情况下,提供一个单独的电池室,可以根据需要选择备用电池的时间,电源可以单独设置,也可以与机房一起设置,并可以根据机房安排。选择合适的直流系统容量,并将其用于单排或双排机柜的集中供电。该解决方案的优势在于,在可用性基本不受影响且服务器无需定制的情况下,与单市干线+单向HVDC共享解决方案相比,它可以实现更高的建设成本和运营效率。可用性:此解决方案与1路城市电源+ 1路HVDC共享解决方案的可用性之间的差异在于,当服务器的城市电路断电时,需要从城市电路主电源切换服务器电源。向HVDC道路主电源供电,并且有一个切换过程。就服务器当前的双通道电源备份模式而言,无论是热备还是半热备,电源切换时间均小于0.1ms,远低于10ms电源中断而不会中断IEC指定的服务器和交换机IT设备。该能力基本上不受影响。建设成本:由于HVDC处于待机状态,因此仅在停电时用作支持负载的短期电源,因此整流模块的设置只需要满足充电功率,与之相比节省了约50的建设投资到上面的1市电+ 1 HVDC通用解决方案。工作效率:通常,只有一个主电源,电池充电只会消耗少量的电能。实际系统效率超过99.5%,比一个电源+ 1个HVDC共享解决方案的效率高约3.5%。 3.2市电的半集中市电计划以Facebook公司为典型代表。服务器的2个输入电源来自市电和DCUPS系统。考虑到电源设备的成熟度,DCUPS使用48V开关电源代替国内选择的240VHVDC系统,考虑到端子压降和线路耗材,将6个机柜用作电源单元,布置了电源设备和电池设备在s阿梅行作为内阁。通常,服务器由市电的单条线路供电,48VDCUPS系统的电池处于充电状态,并且当市电电路断电时,备用电池系统会迅速切换到另一个服务器电源。该系统架构与上述1通道主电源+ +1 HVDC备用系统架构相似,不同之处在于服务器具有48V输入的电源模块,这需要深度定制。有关详细信息,请参见下图。该解决方案使用铅酸电池。铅酸电池的功率密度低,对温度敏感,并且存在夜间漏电等风险。因此,电池放置在IT机柜外部,但安装在IT机柜附近。将来,随着电池技术的发展,例如推广具有更高密度,放电容量和更好的高温特性的成熟锂电池,可以进一步优化该解决方案。该方案的可用性和操作效率基本上类似于上述集中式电源方案。不同地区的建筑成本会有所不同,因此需要针对不同的项目进行分析。 3.3分布式电源主程序以Google的案例为典型代表。 Google对服务器的需求量达到百万级,对能耗和成本的要求更高,并且对工业产品的定制产生更大的影响。该公司的解决方案使用了深度定制的服务器。前端完全取消了AC /各种DCUPS系统。通常,单通道主电源直接提供给服务器。电池内置在服务器中,原始的集中式/半集中式电池完全分配给每个服务器。当主电源切断时,它会由备用电池在短时间内供电。由于电池备用时间仅为30秒左右,因此有必要建立一个安全可靠的燃油发动机系统,以确保不间断的电源供应。该解决方案是一种典型的解决方案,可以完全消除AC /各种DCUPS。该服务器配备了定制的高效整流器+内置12V电池,以取代原始的AC /各种DCUPS +电池系统。它通过减少功率转换链路和提高功率设备的效率来实现。到了该解决方案的正常损耗只是给小容量电池充电,系统能耗可达99.9%。同时,由于电池容量较小,实际的备用时间仅为数十秒左右。一旦石油发动机无法及时启动,将造成不可估量的损失。因此,Google还具有一种软件级备份方法,以共同确保IT设备的高可用性。但是,即使如此,它在家用高压自动化程度较低的地区仍然不可用。该解决方案还使用铅酸电池。随着未来电池技术的发展,例如锂电池的推广,可以进一步优化该解决方案。有关详细信息,请参见下图。该方案的运行效率比上述集中式/半集中式供电方案稍好,由于追求效率和低成本,服务器只有一个电源模块,终端可用性相对较低,但是前端减少了AC /各种DCUPS,前端的可用性相对较高,因此总体可用性大致相同,此解决方案需要高度的服务器自定义,并且很难推广,此解决方案的建设成本因地区而异,需要针对不同的项目进行具体分析。 3.4小结以上三种方案都是基于市电主要用途的典型方案。终端配电系统的效率接近100%。 Google的计划可能不是最经济的方案,但设备材料的消耗却是。可以预见,在不久的将来,随着锂电池的推广日趋成熟,经济将越来越好。在高压自动化水平很高的地区,尤其是具有强大定制影响力的公司,Google的解决方案可能是主要的发展方向之一。适用于高压自动化水平较低的地区或自定义级别不足以支持Google的解决方案,而百度的解决方案应该是轻松推广的主要选择。 Facebook的解决方案与百度的解决方案相似,但是电源电压相对较低。它更适合某些特殊的交付方式,例如微模块,或者可以在整个机柜交付方式下轻松转换为48V架构,例如腾讯。针对整个机柜的工作方向,可以在整个机柜的单元中定制48V电源和电池系统,同时满足服务器,交换机和风扇等设备的功耗。它需要进一步探索,这里不再重复。以下是这三种方案的简单比较:结论和建议本文讨论的各种方案是数十年来数据中心开发过程中的主流方案或典型方案。总的来说,主电源使用的三种方案将是未来的主流发展趋势。可以根据本地设备(例如锂电池)的成熟度或不同的应用场景(例如微型模块/完整机柜)来优化和改进此类解决方案,但是基本架构预计不会有太大变化。 ACUPS(或HVDC)主电源模式将被淘汰。此外,随着主电源方案的成熟,将来由5个主电源+ 1个ACUPS / HVDC共享的电源方案也有望在5年内逐步取代。在未来的数据中心中,需要从以下角度考虑要选择的特定体系结构解决方案或基于上述三种主要电源解决方案的调整(从PUE的角度来看,以上是典型的主PUE的最终贡献)。美国的供电计划不超过0.01,基本上没有改进的余地,因此无需考虑更多):从TCO的角度来看,不同国家和地区的建设,运营和维护成本是不同的,需要结合特定项目的特定会计。除总拥有成本外,还应充分考虑这些框架在不同地区,不同电源系统,不同市场成熟度,不同施工进度要求和交付方式方面的适用范围。