提高数据中心系统的配电效率

2009年05月14日 08:05    李宽
关键词: 配电 , 数据中心 , 效率
大多数现代信息技术装备的设计都考虑到全球兼容性。这些设备不仅可以运行于北美的120/208V、日本的100/200V配电系统下,也可以运行于世界其他地方采用的230V配电系统。如果世界其他地方采用的配电系统被北美数据中心采用,那么将能够提高效率、降低成本、减少地面负重、节约占地空间,并简化电力电缆架设。

高密度数据中心服务器的每一机架需要耗费10~40kW功率,对标准北美配电系统造成很大的压力。提高机架设备功率密度会导致每个机架对复接支路需求的增加,并且需要额外的断路器和线缆。所需的更大配电单元(PDU)将占用数据中心高达30%的占地空间并造成数据中心30%的地面负重。每个IT机架安装的配电单元越多,成本成本越高。

世界许多国家采用相电压230V的交流电,将其增加到240V将能使数据中心供电效率提高。
为何要转换为240V

在北美,数据中心服务器从线电压208V的高电压连接获得电能,而在世界上几乎所有其他国家,都从相电压230V的低电压连接获得电能。如图1所示,应该意识到,当比较两种配电接法的相电压时,应是120V和240V之间的比较,而不是208V和240V之间的比较——这点很重要。当计算一个三相支路的供电能力时,这种线电压和相电压的区别很容易明了。



图1 三相208V和240V配电方式布局之间的差异



例如,假设分别在两种情况下向负载提供20A的电流,相电压120V配电方式下的供电能力可计算为20A×120V×3=7.2kW,而相电压240V配电方式下的供电能力是其两倍,即14.4kW。因此,增加每个机架的供电能力不需要像在120/208V配电方式下那样增加额外的断路器。此外,所增加的断路器也将是潜在的故障因素。   

除了假设分别在两种情况下要向负载提供10kW功率,请考虑相同的比较。较高的相电压240V配电方式将以近乎一半的电流提供相同的功率。这意味着传统的北美配电系统的支路导线比在相电压240V配电方式下粗了三倍。

去除PDU变压器

在配线中,相对于成本、尺寸和重量,更需要节省的是变压器。在北美,需要PDU变压器将UPS的277/480V输出电压转换为120/208V,而该变压器可以被去除。

在世界上其他地区,UPS的230V/400V输出可以直接使用,而无须额外的变压器。同样地,推荐的配电方法消除了配电变压器,并向IT负荷提供240V电压。

在推荐的新方法中,额外的变压器用来将UPS输出电压从277/480V转变为240/415V。虽然看起来是该变压器简单地替换了PDU变压器,但是实际上,它的体积只是PDU变压器的10%,而且价格更便宜。
其原因是新的单元作为自耦变压器来布线,它只有一个绕组,而隔离变压器有两个绕组(原绕组和副绕组),因此它的尺寸和重量不到同等UPS容量的标准变压器的20%。

同样地,成组的PDU变压器容量通常为UPS容量的1.5~3倍。

可以基于一个实际数据中心,来比较传统配电设计和替代设计。数据中心为2175平方英尺,由两个冗余600kW模块化UPS组成。每个UPS共有104个机架,提供1.6~6.5kW的密度范围。




如表1所示,推荐的数据中心240/415V配电系统能使总体拥有成本降低61%,空间节省32%。在所降低的TCO成本中,大约47%来自材料的节省,53%来自能量的节省。此外,推荐的替代设计可以与现有数据中心中的传统配电设计并行运行。
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