1、1毕业设计(论文) 题目 供电系统对数据中心的供电可靠性研究 系部 自动化工程系 专业 电气自动化 姓名 陈亚飞 学号 G1240805 指导教师： 张海红 2015 年 4 月 30 日 南京机电职业技术学院2摘 要 随着市场经济的不断发展，我国科学技术也获得了较大的发展空间，计算机技术的发展在促进社会和经济发展方面，发挥了重要的作用，相关数据显示，企业生成的关键数据正以 52%的复合年均增长率不断攀升，因此企业数据中心的规模越来越大。数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置
2、”。而保证数据中心的正常运行的核心是供配电系统，供电系统不同于一般建筑的供配电系统，一个完整的配电房供电系统它是由高压配电系统、变压器、低压配电系统、备用机组系统、UPS 系统、直流系统、后备电池系统、监控管理系统等十多个系统，成千上万的设备组成。只有供电系统工作稳定、可靠，才能保证数据中心安全可靠的为客户服务。如何保证配电房供电系统的可靠运行，已达到万无一失，是一直以来很重要的问题。其中包括保证供电系统设备的硬件质量，提高配电房值班人员的技能操作水平，供电电源的多重保护备用。研究表明，一套完整可靠的配电房供电系统必然要满足以上几点，才能安全可靠的为数据中心供电。关键词：系统 供电 可靠 UP
3、S 双电源 配电 南京机电职业技术学院3AbstractWith the continuous development of market economy, science and technology in China hasobtained a bigger development space, the development of computer technology in promoting social and economic development, play an important role, the relevant data shows that the key ent
4、erprise data generated by 52% compound annual growth rate continues to rise, so the scale of enterprise data center more and more.The data center is a complex set of facilities. It not only includes the computer systems and other related equipment (such as communication and storage system), also con
5、tains the dataredundant communication connection, environmental control equipment, monitoring equipment, a variety of safety device“. To ensure the normal operation of the data center andthe core of the power supply system, power supply system, power supply system is different from the general archi
6、tecture, a complete distribution of the housing supply system which is composed of a high voltage power system, transformer, low voltage distribution system, the standby unit system, UPS system, direct current system, the reserve system, batterymonitoring and management system more than 10, tens of
7、thousands of devices. Only thepower supply system is stable and reliable, in order to ensure the safety and reliability of thedata center for customer service. How to ensure the reliable operation of power distribution room of the power supply system, has reached a safe, has always been a very impor
8、tant issue. To ensure the power system including the hardware quality, improve the power distribution room staff on duty level skills, multiple protection standby power supply. Research shows that, a set of complete and reliable power distribution room power supply system mustmeet the above points,
9、in order to secure and reliable data center power supply.Keywords: power system reliability UPS南京机电职业技术学院4目录第一章 课题简介 .51.1 绪论 .51.2 数据中心供电系统的概述 .51、供电系统基本概念 .52、供电系统的主要组成 .6第二章 数据中心的供电系统 .72.1 供电系统的主要组成 .71、高压配电柜 .72、变压器 .8（1）变压器工作原理 .93、低压配电成套设备 .102.2 供电系统可靠性的主要措施 .101、双电源供电 .11（1）双电源供电的特点 .112、UP
10、S 系统 .11（1）UPS 的组成 .12（3）UPS 的工作过程 .13第三章 供电系统可靠性分析 .143.1 可靠性的概述 .143.2 供电系统可靠性的分配 .143.3 提高供电系统可靠性的途径 .14第四章 供电系统常见问题和解决方法 .164.1 倒闸操作 .164.2 高压开关柜运行中跳闸 .164.3 UPS 常见故障 .17第五章 小结 .18第六章 致谢 .19第七章 参考文献 .20南京机电职业技术学院5第一章 课题简介1.1 绪论随着市场经济的不断发展，我国科学技术也获得了较大的发展空间，计算机技术的发展在促进社会和经济发展方面，发挥了重要的作用，相关数据显示，企业
11、生成的关键数据正以 52%的复合年均增长率不断攀升，因此企业数据中心的规模越来越大。信息的快速增长给数据中心在电源、制冷、空间管理等方面造成了巨大的压力。在过去的 10 年中，IT 设备的用电容量平均增长了 10 倍。如何在云计算时代确保数据中心安全、可靠运行，保证技术经济的合理性，供配电系统的合理设计与实施是其中一个非常主要的环节。 现代的数据中心机房中都包括大量的计算机，对于这种场所的电力供应，都要求供电系统必须在所有的时间都有效，扩容容易，维护简便，容错力强，最重要的是性价比高。数据中心机房是现代信息化建设的基础工程，为各个业务提供稳定、安全的工作环境，而机房的供配电系统就是这基础工程的
12、心脏和大动脉，供配电系统的稳定，能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行。系统不同于一般建筑的供配电系统，它是由高压配电系统、变压器、低压配电系统、备用机组系统、UPS 系统、直流配电系统、后备电池系统、监控管理系统等十多个系统，成千上万的设备组成。各个系统互相交叉，互有影响，这就得让我们了解供配电系统对数据中心供电可靠性是多么的重要，下面我们就论述下数据中心供电系统的可靠性。 1.2 数据中心供电系统的概述1、供电系统基本概念供配电是数据中心机房的生命线，这句话一点也不夸张，因为离开了电我们的机房是连一分钟也运行不了的，因此要建一个好的机房，首先要将供配电解决好。一般要求主要开关设备应该被
13、设计成适合增容、维护和冗余，并提供双倍的或隔离的冗余配置。设计时应该考虑到开关装置、总线或断路器维护的方便性。瞬时电压浪涌抑制(TVSS)应该被安装在电力分配系统的每一级上，并且采用适当的规格，以便能够抑制可能发生的瞬时的能量。电力系统完成电能生产输送分配消费的统一整体通常由发电机变压器电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统二次系统包括继电保护测量和调度等环节继电保护主要是对系统中出现的各种故障如短路过电流断相接地等进行切断电源等动作测量是对电力系统的运行参数进行测定和显示电压电流功率功率因数等调度主要包括负荷分配功率平衡电压调整线路的投入与切除等工作 。 南京机电职业技术学院62、供电系
14、统的主要组成电力系统需要多至 4 层的冗余设计，确保 99.99%以上的电力持续供应率。数据中心供电系统不同于一般建筑的供配电系统，它是由双路高压供电、变压器及低压配电系统、超大功率的柴油发电机、UPS 电源系统。同时作为供电系统其可靠性是最重要的特点。南京机电职业技术学院7第二章 数据中心的供电系统2.1 供电系统的主要组成数据中心的供电系统一般都是由双电源进线供电，接入高压进线柜，然后由高压出线柜接入到变压器，再接入低压配电柜。当进入高压配电柜后也就按照楼层进入每个楼层的楼层配电柜，再由楼层配电柜接入 UPS 系统，最后接入数据中心 IDC 机房负载。其中变压器低压配电会有油机接入，作为停
15、电紧急供电。1、高压配电柜高压配电柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。高压开关柜广泛应用于配电系统，作接受与分配电能之用。既可根据运行需要将一部分电力设备投入或退出运行，也可在电力设备发生故障时将故障部分从系统中快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行，以及设备和运行维修人员的安全。因此，高压开关柜是非常重要的配电设备，其安全、可靠运行对系统具有十分重要的意义。电压等级在3.6kV550kV 的电器产品，主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业
16、是输变电设备制造业的重要组成部分，在整个电力工业中占有非常重要的地位。南京机电职业技术学院82、变压器变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用 T 当作编号的开头.例: T01, T201 等。南京机电职业技术学院9（1）变压器工作原理变压器由铁芯（或磁芯）
17、和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图所示。南京机电职业技术学院10铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只
18、介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用 表示。原、副线圈中的 是相同的， 也是简谐函数，表为 =msint。由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为 e1=-N1d/dt、e2=-N2d/dt。式中N1、N2 为原、副线圈的匝数。由图可知 U1=-e1，U2=e2（原线圈物理量用下角标 1 表示，副线圈物理量用
19、下角标 2 表示），其复有效值为 U1=-E1=jN1、U2=E2=-jN2，令 k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得 U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为 。进而得出：U1/U2=N1/N2在空载电流可以忽略的情况下，有 I1/ I2=-N2/N1，即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差 。进而可得I1/ I2=N2/N1理想变压器原、副线圈的功率相等 P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为 =P2/P1。电力变压器的效率很高，可达 90%以上。3、低压配电成套设备低压成套设备广泛地应用在发电厂低压系统的配电、电气传动和自动控制
