數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中電壓暫降的治理研究

丁 強(qiáng)

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

0 引 言

隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心單位面積的功率密度越來越大，保證供配電系統(tǒng)的連續(xù)、可靠運(yùn)行尤其重要。在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中，幾個周波的電壓暫降將會影響變頻器、服務(wù)器等精密設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備停機(jī)甚至其他更嚴(yán)重的后果。有研究資料表明，在數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量問題引發(fā)的事故中，92%以上都是由電壓暫降導(dǎo)致，治理電壓暫降十分重要。

1 數(shù)據(jù)中心電壓暫降的判斷

供配電系統(tǒng)中的電壓暫降一般是由公共市政電網(wǎng)中的故障或其他大的變化所引起，根據(jù)對以往記錄的分析，供配電系統(tǒng)中短路故障、雷擊、開關(guān)操作、感應(yīng)電機(jī)及變壓器的啟動等是引起電壓出線波動、暫降的主要原因[1-4]。電壓暫降的影響分析如表1所示。

表1 電壓暫降的影響分析

2 案例分析

國內(nèi)某數(shù)據(jù)中心集中監(jiān)控中心樓宇自控（Building Automation，BA）系統(tǒng)告警，顯示制冷機(jī)房中的3號冷卻水循環(huán)泵發(fā)生故障，導(dǎo)致冷水機(jī)組停機(jī)。經(jīng)維護(hù)人員現(xiàn)場檢查分析后，確定是循環(huán)泵變頻器保護(hù)動作導(dǎo)致水泵停機(jī)，進(jìn)而機(jī)組停機(jī)。經(jīng)事后總結(jié)梳理排查，在電力監(jiān)控系統(tǒng)和電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)告警與波形變動，事件順序記錄（Sequence of Event，SOE）功能中提示電壓暫降告警。電力監(jiān)控系統(tǒng)截圖如圖1所示。

圖1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)對系統(tǒng)故障時的錄波進(jìn)行分析，最終判斷是由公共電網(wǎng)雷擊引起電網(wǎng)側(cè)故障，進(jìn)而引起數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓暫降，循環(huán)泵變頻器欠壓保護(hù)動作導(dǎo)致冷水機(jī)組故障停機(jī)。

3 數(shù)據(jù)中心電壓暫降的治理

目前，為了確保數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，已在設(shè)備前端、空調(diào)蓄冷罐釋冷泵前端配置了不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、消防應(yīng)急電源（Emergency Power Supply，EPS）供電系統(tǒng)。然而在部分制冷系統(tǒng)中，冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵前端未采取不間斷供電措施，遇到電壓暫降時很有可能會出現(xiàn)事故[5]。治理電壓暫降主要有兩種解決方案，一種是采用UPS系統(tǒng)的常規(guī)供電方案，另一種是在相應(yīng)設(shè)備前端加裝動態(tài)電壓恢復(fù)裝置。兩種治理方案的對比如表2所示。

表2 兩種治理方案的對比

經(jīng)過分析，動態(tài)電壓恢復(fù)裝置在能耗、生命周期、環(huán)境適配性、占地面積以及后期維護(hù)等方面相比UPS系統(tǒng)具備明顯優(yōu)勢?；诖?，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)針對單純的電壓暫降，推薦使用動態(tài)電壓補(bǔ)償裝置進(jìn)行處理。

近年來，動態(tài)電壓恢復(fù)裝置逐漸得到廣泛應(yīng)用，能夠解決供配電系統(tǒng)中電壓暫升、暫降、短時中斷的問題。當(dāng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中的電壓發(fā)生巨大波動時，動態(tài)電壓恢復(fù)裝置內(nèi)的晶閘管短時間內(nèi)關(guān)斷，裝置快速為后端負(fù)載輸出能量。經(jīng)過治理后電壓恢復(fù)正常，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為市電供配電系統(tǒng)供電，轉(zhuǎn)換過程無任何擾動，從而確保供電的連續(xù)性、可靠性。動態(tài)電壓恢復(fù)裝置工作原理如圖2所示。

圖2 動態(tài)電壓恢復(fù)裝置工作原理

動態(tài)電壓恢復(fù)裝置可以利用趨勢算法對短時間內(nèi)的多次采樣電壓進(jìn)行計算，得出供電系統(tǒng)中電壓的變化趨勢，從而在系統(tǒng)電壓波動超過閾值之前開始電壓補(bǔ)償。此外，采用恒流源控制模式可保證負(fù)載的連續(xù)供電不受擾動。當(dāng)電壓正常后，裝置負(fù)載側(cè)電壓參數(shù)調(diào)整至與供配電系統(tǒng)相同后再導(dǎo)通晶閘管，進(jìn)而轉(zhuǎn)為市電供電，轉(zhuǎn)換過程連續(xù)、不間斷。根據(jù)動態(tài)電壓恢復(fù)裝置的工作原理，結(jié)合實際場地條件采用不同的保護(hù)改造方案，包括將其安裝于變配電室低壓母線上和在設(shè)備側(cè)輸入端就地保護(hù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，電壓暫降對數(shù)據(jù)中心內(nèi)供配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重大影響。經(jīng)過對比分析，動態(tài)電壓恢復(fù)裝置在能耗、生命周期、環(huán)境適配性、占地面積以及后期維護(hù)等方面要優(yōu)于UPS系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)推薦使用動態(tài)電壓補(bǔ)償裝置處理電壓暫降問題，以提高工作效率。