数据中心电源系统分析与节能探讨

【摘要】：互联网数据中心快速发展，但随着气候变暖、能源紧张等问题的凸显，使数据中心面临着降低能源消耗、节约总体成本的严峻挑战，数据中心节能受到了前所未有的关注。“绿色数据中心”的概念在当下显现出来，这个概念也将成为数据中心新兴的发展方向。 数据中心电源系统节能需考虑供电架构的基础上，全面考虑数据中心电源系统的主流设备性能，以及新兴产品设备的技术特点。现阶段数据中心电源系统的应用主要分为UPS、高压直流、市电直供等单电源或多电源的混合供电模式。所以，对数据中心的电源系统进行节能分析，必须熟悉数据中心的电源系统多种供电方式。 对数据中心整体节能评价指标PUE中供电因子的计算与分析，使得节能分析能够定量直观地表达。本文对数据中心几种常见的电源进行节能分析，包括市电直供电源，高压直流电源，高频UPS电源，工频UPS电源。同时，以曲线图的方式进行节能对比分析。 经过对比分析，得出以下结论： （1）工频机UPS效率低，节能效果差； （2） HVDC普通模块效率高于工频机UPS，节能效果一般； （3）高频机UPS整机效率较高于HVDC普通模块，节能效果较优； （4）新一代HVDC模块效率较高于高频机UPS节能效果优； （5）市电直供方式节能效果最优； （6）随着高压直流的技术迅速发展与市电可靠性的提高，市电直供与新一代HVDC模块组成的系统互为备份的供电方式为数据中心供电，则可以提高系统可靠性。高压直流电源系统可能在以后成为的数据中心电源系统的主流设备。 【关键词】：数据中心 UPS 高压直流 PUE 节能
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP308
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 概述9
• 1.2 项目研究的背景、现状及意义9-10
• 1.3 论文组织结构10-11
• 1.4 本章小结11-12
• 第二章 数据中心电源系统12-18
• 2.1 数据中心电源系统概述12-13
• 2.2 数据中心电源系统及其外围设备13-16
• 2.2.1 电源系统的辅助设备13
• 2.2.2 输入配电柜13-14
• 2.2.3 输出配电柜14
• 2.2.3.1 输出总配电屏14
• 2.2.3.2 输出分配电屏14
• 2.2.4 旁路隔离变压器14
• 2.2.5 维修旁路柜14-15
• 2.2.6 蓄电池组15-16
• 2.2.6.1 蓄电池组容量15-16
• 2.3 电源系统的配套设备16-17
• 2.3.1 输入电源系统16
• 2.3.2 低压配电系统16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第三章 数据中心不间断电源系统18-43
• 3.1 UPS 电源概述18-20
• 3.1.1 UPS 的定义18
• 3.1.2 UPS 的发展过程18-19
• 3.1.3 为什么要使用 UPS19-20
• 3.2 UPS 的分类及工作原理20-22
• 3.2.1 工频机与高频机20
• 3.2.2 后备式 UPS20-21
• 3.2.3 在线互动式 UPS21
• 3.2.4 在线式 UPS21-22
• 3.2.5 三种 UPS 比较22
• 3.3 UPS 高可靠性供电方案22-24
• 3.3.1 主从机串联“热备份”22-23
• 3.3.2 直接并机型冗余供电23
• 3.3.3 双母线供电23-24
• 3.4 UPS 的性能指标24-25
• 3.4.1 输入特性24
• 3.4.2 输出特性24-25
• 3.5 功率器件简介25
• 3.6 UPS 几种常用器件25-31
• 3.6.1 电力二极管25-26
• 3.6.2 晶闸管（SCR）26
• 3.6.3 功率双极晶体管（GTR）26
• 3.6.4 功率场效应晶体管（MOSFET）26-28
• 3.6.5 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）28-30
• 3.6.6 几种功率器件特性比较30-31
• 3.7 UPS 基本原理31-39
• 3.7.1 UPS 系统基本组成31-32
• 3.7.2 整流器32-35
• 3.7.2.1 Boost 电路32-33
• 3.7.2.2 Buck-Boost 电路33
• 3.7.2.3 UPS 中典型 PFC 主功率模块33-34
• 3.7.2.4 三相 SCR 全桥整流34-35
• 3.7.3 逆变器35-36
• 3.7.3.1 SPWM 波35
• 3.7.3.2 半桥逆变35-36
• 3.7.3.3 全桥逆变36
• 3.7.4 静态开关36-37
• 3.7.5 工作模式37-39
• 3.7.5.1 正常工作模式37
• 3.7.5.2 电池工作模式37-38
• 3.7.5.3 旁路工作模式38
• 3.7.5.4 ECO 工作模式38-39
• 3.7.5.5 维修工作模式39
• 3.8 高压直流系统概述39-40
• 3.9 高压直流特点及优势40-41
• 3.10 高压直流供电方式41-42
• 3.11 本章小结42-43
• 第四章 电源系统节能探讨43-57
• 4.1 数据中心电源系统节能评价指标43-44
• 4.2 数据中心电源系统架构44-45
• 4.3 UPS 系统45-48
• 4.3.1 工频 UPS 系统效率分析45-47
• 4.3.2 高频 UPS 系统效率分析47-48
• 4.4 高压直流系统48-52
• 4.4.1 240V 单模块 5.8KW 高压直流系统48-49
• 4.4.2 240V 单模块 15KW 高压直流系统49-50
• 4.4.3 336V 单模块 15KW 高压直流系统50-52
• 4.5 市电直供系统52-53
• 4.6 节能分析53-56
• 4.6.1 高压直流与市电直供节能对比分析53-54
• 4.6.2 高压直流与 UPS 节能对比分析54-55
• 4.6.3 高压直流、UPS、市电直供节能对比分析55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-60
• 致谢60

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