简晓铭

各位领导,各位嘉宾,下午好!很荣幸代表伊顿集团关键电能质量事业部参加ODCC展会,这是我们伊顿集团第一次参加这个展会,也是第一次在业内公布我们的计划。今天我演讲的题目是关键电力智能选择与储能,这是UPS未来储能的探索,我是伊顿亚太区UPS储能方向的产品经理,我是2005年加入伊顿公司,在过去12年当中,其中有11年时间在研发部门,我先后担任过UPS能源产品的软件产品经理和技术方案经理。

今天我演讲的主题思想是UPS在保障数据中心供电可靠性前提下,我们如何助力数据中心更有效降低PUE和TCO。中国有着世界级的互联网公司BAT,有着让其他国家羡慕的移动支付网络,所有的业务对数据中心可靠性要求越来越高,如何优化数据中心的TCO,包括初始的投资成本,营运成本也变得越来越重要,因为营运过程中,随着数据中心Tier等级提高,能耗越来越大,电费成为数据中心运营主要的支出。伊顿电源系统在保障供电可靠性前提下,我们集成了储能和新能源管理功能,作为储能型新一代UPS,提供了一整套有效降低数据中心PUE和TCO的解决方案。

首先我们来看一下数据中心Tier等级认证,Tier1系统可以看到从系统低压配电,到UPS,到UPS输送配电没有任何冗余,任何一个节点发生故障,都可能导致系统受到影响。系统可用性保持99.67%,年均宕机时间超过28个小时,这种应用只在小型商业或者小型企业的内部IT机房。

在Tier2方面,系统容量冗余但单一无冗余的输出配电,他有99.75%可用性 (年均22.0小时宕机)。传统的商业运行时间,部分可以计划性停机维护。

Tier3方面,系统的容量冗余和存在多路配电,但是只有一路有效路径提供给服务器终端负载,另外一条通路仅在紧急情况下当作维修旁路或者测试使用。它有99.98%可用性 (年均1.6小时宕机),并且是24x7提供客户支持,宕机损失高。

Tier4方面,系统容量冗余,多路配电路径同时供电给服务器负载。它有99.99%可用性(年均0.4 小时年宕机),业务完全依赖于IT服务。宕机损失非常巨大。

目前还有很大一部分IDC机房保持在Tier2系统,在这个架构里面,STS是非常关键的路径,STS是可能存在的单点故障源。在维护方面,STS因为它跟UPS之间本身没有任何的交互,它完全是通过侦测STS电力输入状况,来判断切换的必要性。所以在维护的时候,操作是相对困难的,尤其是STS没有办法在线维护。接下来的篇章介绍伊顿蓝云系统如何将UPS和STS有机的结合在一起。

这是典型的A+B 2N机房,在实际运营过程当中,实际UPS负载平均只有25%,大不能超过50%,因为当一个通道发生故障的时候,另外一个通道需要完全能够承受后端的负载,所以它的利用率是在50%以下。另外单边需要基于100%的设计容量达到10—15分钟后备时间,以保证柴油发电机的顺利启动。目前国内数据中心机房建设速度是过快的,我们也碰到很多数据中心的案例,在机房建成之后,服务器上马没有那么快,所以部分数据中心机房在头两三年会经常处于一种空载或者低载的运行,它的使用效率是比较低的。

目前比较热门的还有微电网概念,在微电网中可以架构超大规模的数据中心,超大规模数据中心容量从10MW到100MW,微电网数据中心需要对可能存在的自然灾害或者人为失误有完善的电力灾备预案。例如前短时间发生的8-15台湾大规模大范围的停电事故,如何在这种情况下保障微电网数据中心的供电变得非常有挑战。

微电网中数据中心有多种形式能源输入,常用的备电方案一般是柴油发电机,柴油发电机运行有噪音的污染,空气的污染,不符合国际主流的节能减排。未来的趋势是将柴发替换成为更加清洁的燃料能源,例如天然气。同时与可再生能源的组合。优化数据中心的能源组合。伊顿蓝云能够对多种能源输入进行有效管理。另外是中压供配电近几年成为研究的热点,例如让中压的供配电更加的靠近负载侧减少数据中心的初始基础设施投资。

伊顿的蓝云计划提供了微电网的数据中心供电解决方案和基于UPS架构的新型储能UPS方案。

我们简单介绍一下伊顿蓝云计划的系统架构和工作原理,对于这个系统来说,它的主要组成部分是三部分,一部分是我们的输入配电和内置的静态转换开关,它可以接受来自数据中心机房的多路输入。第二是电源输入模块,包含单/双向逆变器,可以接入目前的新能源太阳能和储能系统。我们的蓝云系统是储能型UPS的系统,所以系统在常规使用的时候,通过使用伊顿的先进市电直供ESS专利技术,效率可以达到高99%,并可以保证客户负载不中断,同时当电网输入有异常的时候,这个时候伊顿的ESS技术可以保证在2毫秒以内迅速切换到我们的储能备电。

因为我们配置有双向的逆变器和储能系统,所以正常运行的时候,我们会合理利用系统的可利用资源,进行削峰填谷的能源优化操作,所谓削峰填谷,就是在电网电价的谷价和电网低谷的时候,我们会对储能化学电池进行充电。在电价高峰或者电网高容量的时候,储能电池会进行回馈的动作,一方面它可以提供给客户负载,另一方面,如果有剩余的时候,它会通过电网传递到数据中心其他的用电设备,例如空调。最终利用峰谷电价的方式,达到数据中心的电费优化。在这个例子中,我们还把太阳能转化为电能输送给客户负载,进一步优化数据中心能源结构,降低日常的运营电费。因为这是双输入,多输入的系统,对于柴发输入的话,当其他电源都失效的时候,系统会运行在柴发或者备用电。

跟以往的UPS加STS架构不一样的地方,对于STS来说要求前端两路电相位基本一致,相位差异太大会有切换的风险或者需要在切换过程中插入中断时间。一般情况下,基于STS的配置还需要在UPS前面增加一个同步的控制器,让两路UPS相位尽可能保持一致,这样就增加了系统的复杂度。伊顿的蓝云系统可以可靠的处理多输入之间的平稳切换,对输入相位没有特别要求。得益于伊顿核心的多输入锁相同步和ESS交流直供技术。

所以我们的蓝云系统它的使命是为了打造最优PUE的下一代云数据中心混合动力系统,它的功能是完全保留UPS不间断供电功能,同时集成最新的储能技术。在这个系统里,它涵盖了伊顿多项专利技术,其中比较核心的技术是多电源同步调控技术,领先的储能技术,包括超级电容,包括锂电池,包括新能源的风能和太阳能技术。我们可以根据数据中心的要求,做到秒级到长时间的配电。

伊顿蓝云方案总共分为4个系列,

方案一是基础型的蓝云系统,通过我们的双向PCS储能变化器可以单独的对数据中心能源进行“削峰填谷”用电上的优化,第二,还可以通过配置大型的储能电池,对微电网中小型的电力生态系统进行电力的补偿或者频率的补偿。稳定电力输出在额定的电压和频率。

方案二是标准型的蓝云系统,它的结构上包括一个输入的静态转换开关和双向的DC/AC逆变器模块。这个系统可以替代目前数据中心标准的UPS。具有标配的不间断输出的功能,还能够配合数据中心进行储能方面的应用。

方案三是蓝云系统的旗舰版方案,具有双通道的静态转换开关输入和储能电池配置,再加上双向的储能模块。这个系统可以应用在我们的数据中心里面,它可以不需要前端的ATS,直接把主用电和备用电输送到蓝云系统里,同时可以做到在多路系统,包括蓄电输入和储能之间无缝切换,确保数据不中断的数据中心能源优化要求。这个系统目标是实现数据中心的ATS,UPS和STS的功能。

第四种蓝云的形式我们可以配合数据中心的中压配电做混合式的改造,因为数据中心的中压配电一般在一楼或者在户外,这种时候配电改造是更加得容易。通过配置升压变压器的方式,将储能系统的输出直接接入客户的中压配电部分。

所以蓝云系统不再是数据中心里单一设备,它是系统深入集成的方案,它和数据中心的深入整合,对数据中心或者微网能源进行管理,它不仅满足了传统不间断电源要求,更合理利用了在数据中心里所能够碰到的各种能源输入管理,更加优化系统的运行。在这个系统里面,我们会有电源系统管理A和电源系统管理B,对于电源系统管理A来说它是系统核心,它首先处理的是系统的供电,确保数据中心可靠运行,对于系统B来说它是能源辅助系统,使得数据中心管理达到最优化。蓝云系统最终目的是通过多能源管理,达到数据中心最优化的PUE。

这是蓝云系统能量管理模式,蓝云系统需要多维的数据输入,首先我们需要知道当地的峰谷电价模式和当地实际的电力运行状况,通过这些数据和UPS内部既有模型进行最佳匹配额,同时因为它是UPS,可以说这时候系统还是需要输入最小的UPS后备时间,同时在出现台风等恶劣天气的时候,蓝云系统可以处于保护模式。在这个系统里,我们会提供给API接口给客户,提供传统的UPS电能质量服务,客户管理所有的能源服务,例如储能模式的开启和关闭,输入峰值的限制等等。

伊顿的蓝云系统,也是作为云服务的提供商,首先我们会通过我们的微网管理核心,做大数据的整合,把系统的数据通过加密的方式,传递到伊顿云系统做整体的电源质量监控。为用户终端提供了各种终端监控方式,像手机App,上位机软件和楼宇管理系统等等。在电池系统里面,我们会利用最新的电池管理系统,来查看电池使用寿命,电池放电深度SOC,跟我们的系统进行有机的结合。蓝云系统因为它是储能型UPS,我们还可以跟电网运营方协同起来,实现最优电价的配比,配合当地电网进行能源的最优化管理。

我今天的演讲就到这里,如果各位希望对蓝云系统有更深入了解的话,欢迎到我们展台做更进一步的交流,谢谢!

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