要充分了解分布式電池UPS系統的重要性和功能,深入了解其工作原理和優(yōu)勢至關(guān)重要。了解這些系統的運行方式及其對數據中心彈性的深遠影響,可以揭示寶貴的見(jiàn)解,了解如何在能源需求不斷增長(cháng)和潛在中斷的情況下,保障運營(yíng)連續性。繼續閱讀,探索分布式電池UPS背后的技術(shù)及其在為未來(lái)數字基礎設施供電方面的關(guān)鍵作用。
在人工智能和HPC需求推動(dòng)數據中心電力消耗不斷增加的背景下,不間斷電源(UPS)的作用變得越來(lái)越重要。預計主要云服務(wù)提供商今年的用電量將增加50%,因此確保不間斷電源變得至關(guān)重要。
在這種情況下,帶有分布式電池備份的UPS系統通過(guò)維持電能質(zhì)量、保護電子設備免受電網(wǎng)不穩定的影響以及確保關(guān)鍵應用的不間斷服務(wù),在保障工業(yè)運營(yíng)方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。
要充分了解分布式電池UPS系統的重要性和功能,深入了解其工作原理和優(yōu)勢至關(guān)重要。了解這些系統的運行方式及其對數據中心彈性的深遠影響,可以揭示寶貴的見(jiàn)解,了解如何在能源需求不斷增長(cháng)和潛在中斷的情況下,保障運營(yíng)連續性。繼續閱讀,探索分布式電池UPS背后的技術(shù)及其在為未來(lái)數字基礎設施供電方面的關(guān)鍵作用。
如何提高帶有電池備份的UPS的可靠性
UPS系統概述
數據中心運營(yíng)商和所有者通常會(huì )從各種UPS架構中,選擇適合更高功率系統應用的架構,尤其是那些運行大型設施的架構。UPS系統的類(lèi)型是電能電池備份配置的重要因素,這些包括單片和模塊化UPS系統。
單片UPS系統
單片式UPS可為關(guān)鍵操作提供令人滿(mǎn)意的電源保護,可作為單個(gè)單元或集成子系統的一部分運行。雖然它可以是并聯(lián)或雙總線(xiàn)系統的一部分,但它缺乏內部冗余和可擴展性,無(wú)法應對重大的電源轉移。
模塊化UPS系統
模塊化UPS系統由一個(gè)裝有電源模塊的框架組成,這些電源模塊可以根據容量或冗余度進(jìn)行排列。模塊化UPS中的每個(gè)電源模塊都獨立運行,即使在帶電系統中也可以安全地拆卸或安裝。
電池集成在UPS可靠性和基礎設施中的意義
當電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),電池對電力系統的功能起著(zhù)至關(guān)重要的作用。它們在電網(wǎng)正常運行時(shí)儲存電能,在停電時(shí)提供備用電源。在數據中心,它們有助于無(wú)縫過(guò)渡到發(fā)電機等長(cháng)期備用能源存儲源,從而保持不間斷的IT操作。業(yè)主和運營(yíng)商選擇不同的UPS系統支持選項,具有不同的優(yōu)勢和權衡。
集中式電池架構
UPS系統中的集中式電池架構將所有電池連接到一個(gè)點(diǎn),為主要組件提供簡(jiǎn)單的安裝和成本效益。然而,它可能會(huì )導致電池斷路器等輔助設備的成本更高。雖然集中式系統在故障隔離方面存在局限性,但數據中心所有者和運營(yíng)商可以將其應用于單片和模塊化UPS。
分布式電池架構
分布式電池架構采用模塊化方法,將每個(gè)電源模塊與專(zhuān)用電池柜配對,以增強負載保護。單片式UPS缺乏模塊化,無(wú)法在單個(gè)系統中與分布式電池配合使用。這種架構僅與模塊化UPS系統兼容。然而,由于直流配電板配置限制,并非所有模塊化UPS都支持分布式電池設置。
集中式和分布式電池配置的系統依賴(lài)性比較
分布式電池增強了模塊化UPS系統的優(yōu)勢,而集中式電池則需要考慮各種權衡。采用分布式電池的模塊化UPS系統具有許多優(yōu)勢,特別是在電池斷路器(BCB)和UPS之間的電源中斷、電池故障隔離、電能保護成本以及可用性和可靠性方面。
BCB和UPS短路
當電池斷路器(BCB)與UPS之間發(fā)生短路時(shí),分布式電池系統的效率更高。由于環(huán)境因素、設備問(wèn)題、外部干擾或基礎設施老化等原因導致直流電源線(xiàn)絕緣損耗。
集中式電池配置中的電源中斷風(fēng)險
集中式系統中BCB和UPS之間的短路可能會(huì )中斷供電、損壞設備并導致停機。如果主電源發(fā)生故障,DC/DC轉換器上的保險絲熔斷會(huì )關(guān)閉UPS備用電源,從而影響無(wú)縫電池備用電源轉換。
分布式電池的電力系統彈性
相比之下,分布式電池設置更具彈性。如果BCB和UPS之間發(fā)生短路,則只有連接的電池組會(huì )受到影響,其余電池組仍可正常運行。這種隔離可防止整個(gè)系統關(guān)閉,確保不受影響的負載持續供電。與具有固有漏洞的集中式架構不同,分布式電池可增強系統可用性和容錯能力。
電池故障隔離
UPS系統可能在不同情況下面臨電池故障,對備用電源基礎設施的可靠性和性能構成挑戰??赡軙?huì )發(fā)生絕緣損耗、短路或故障等問(wèn)題。UPS與BCB連接以控制跳閘,從而提高安全性。
案例1:BCB可以清除故障
當集中式電池系統中的電池柜發(fā)生故障時(shí),如果BCB能夠隔離故障,剩余的電池仍可以為負載提供充足的電力。但是,由于電池柜減少,容量降低,這種冗余只能持續較短的時(shí)間。
相反,在機柜發(fā)生故障時(shí),分布式系統中的負載繼續通過(guò)電池滿(mǎn)載供電,并與BCB進(jìn)行故障隔離。受影響的核心最初從剩余的電池中獲取能量,并在剩余核心過(guò)載的情況下繼續提供滿(mǎn)載。
案例2:BCB無(wú)法清除故障
如果BCB無(wú)法清除電池故障,分布式電池架構比集中式電池架構具有更好的容錯能力。在集中式設置中,單個(gè)電池組故障可能會(huì )通過(guò)直流配電蔓延,從而導致DC/DC轉換器保險絲燒斷和備用電源丟失。另一方面,分布式電池通過(guò)隔離電氣連接來(lái)提高系統彈性,這限制了特定電池組內的故障,從而防止了大面積停電。
直流電源保護成本
在集中式電源系統設置中,每個(gè)BCB必須處理“N-1”串的電流,或者當系統繼續以全容量運行時(shí),即使一個(gè)串發(fā)生故障。當一個(gè)串發(fā)生內部短路時(shí),所有其他電池串將堅持支持發(fā)生故障的串,這可能會(huì )導致保護裝置過(guò)載。全球標準要求電源保護裝置的尺寸能夠確保電流中斷而不會(huì )破裂。
電池柜數量的增加對成本和組件可用性提出了挑戰。例如,在有四個(gè)柜子的設置中,BCB應該處理三個(gè)柜子的電流,而在有八個(gè)柜子的設置中,它們必須管理七個(gè)柜子的電流。BCB通常是外部的,需要根據存儲容量要求進(jìn)行尺寸調整,這會(huì )導致額定電流更高的BCB和增加直流電源保護成本。
分布式儲能架構涉及將電池模塊分布在單獨的機柜中。由于每個(gè)BCB僅負責管理其指定機柜組內的電流,因此這種配置可顯著(zhù)降低電流負載和相關(guān)成本。雖然這通常會(huì )導致更高的成本,但考慮到整體解決方案成本,這種情況有時(shí)才會(huì )發(fā)生。
可用性和系統可靠性
分布式電池設置具有維護優(yōu)勢,特別是在BCB安裝方面。集中式電池系統存在一個(gè)關(guān)鍵漏洞,那就是單點(diǎn)故障。這種設置會(huì )導致所有電池被斷路器同時(shí)斷開(kāi)。維修或更換電池變得困難,因為對一個(gè)電池柜的任何操作都會(huì )影響所有電池柜,從而防止維護期間備用能源故障。
分布式電池設置可提高可維護性和故障控制能力。多個(gè)電池串可避免單點(diǎn)故障,從而提高可靠性,確保在故障期間持續供電。該系統可提高電力可靠性、減少中斷、優(yōu)化儲能容量并降低運營(yíng)成本。
每個(gè)電池柜或電池組安裝單獨的BCB
不管電池是集中式還是分布式,都可以為每個(gè)電池柜或電池組安裝單獨的BCB,從而消除單點(diǎn)故障和斷電。這樣可以最大限度地減少停機時(shí)間并提高系統可用性,但成本較高。然而,由于采用集中式邏輯,UPS仍然無(wú)法在集中式電池配置和單片UPS系統中單獨控制每個(gè)BCB。
總結
分布式電池系統提供強大的解決方案,與集中式系統相比,具有更好的容錯性、可用性和成本節省。它們擅長(cháng)隔離故障、確保不間斷供電并降低全系統停機的風(fēng)險。通過(guò)管理跨獨立機柜的電池模塊,這些系統降低了直流電源保護成本并提高了效率,使其成為可靠UPS基礎設施的不二之選。