摘要：講解備用電源與市電的切換，受運(yùn)行成本制約，數(shù)據(jù)中心的終端設(shè)備采用市電作為主用電源，備用電源在市電失電時(shí)才給終端設(shè)備供電，當(dāng)市電恢復(fù)后，設(shè)備恢復(fù)到市電系統(tǒng)供電，因此，數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)涉及到備用電源與市電的電源切換設(shè)計(jì)。
備用電源與市電之間的切換，按電源切換點(diǎn)在配電系統(tǒng)的電氣位置不同，分電源端切換和負(fù)載端切換，按備用電源向市電切換是否造成負(fù)載端停電，分為斷電切換和非斷電切換。
1、備用電源與市電的電源端切換和負(fù)載端切換
（1）備用電源在電源端與市電切換
備用電源在電源端與市電切換的特點(diǎn)。采用備用電源與市電在電源端切換，每一個(gè)終端設(shè)備可以通過單一饋線斷路器柜、單回電纜供電，因而配電系統(tǒng)的設(shè)備投資較少。然而，這種配電設(shè)計(jì)在一定程度上降低終端設(shè)備的供電可靠性，因?yàn)轲侂娋€路上任何設(shè)備故障或計(jì)劃性檢修，都將造成終端設(shè)備停電。備用電源與市電在電源端切換的有效應(yīng)用。備用電源與市電的電源端切換，投資少但可靠性低，不適合于直接應(yīng)用于供電可靠性要求高的數(shù)據(jù)中心，但可結(jié)合圖3，將其有效地應(yīng)用于備用電源與一路市電的電源切換設(shè)計(jì)，從而在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心高供電可靠性的同時(shí)，有效降低配電系統(tǒng)的投資成本。
（2）備用電源與市電之間的負(fù)載端切換
為備用電源與市電的負(fù)載端切換，按該切換設(shè)計(jì)，備用電源與市電之間的電源切換點(diǎn)在配電系統(tǒng)末端，通過自動(dòng)切換開關(guān)ats，實(shí)現(xiàn)備用電源與市電之間的切換。
備用電源與市電在負(fù)載端切換的特點(diǎn)及其有效應(yīng)用。備用電源與市電在負(fù)載端切換時(shí)，各負(fù)載均需配兩路配電支路，因而配電投資明顯增加，各負(fù)載供電可靠性也因此提高如果采用帶旁路的ats，則ups上游任何配電設(shè)備進(jìn)行計(jì)劃性檢修，都不會(huì)中斷ups的供電，但當(dāng)ats及其下游ups等設(shè)備故障時(shí)，仍然會(huì)造成計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備的供電中斷。因此市電供電可靠性非常高、ats及其下游ups等設(shè)備的質(zhì)量很好的小型數(shù)據(jù)中心的發(fā)配電設(shè)計(jì)，可以考慮采用備用電源與市電在負(fù)載端的切換方式，參考圖5進(jìn)行相應(yīng)的配電設(shè)計(jì)。需要在此基礎(chǔ)上提高配電系統(tǒng)的不停電檢修能力和“容錯(cuò)”能力，可參閱圖3、圖4完善備用電源系統(tǒng)發(fā)配電可靠性設(shè)計(jì)。
2、備用電源與市電的斷電切換和不斷電切換
無論何種電源切換方式，當(dāng)市電失電數(shù)據(jù)中心的供電電源從市電向備用電源切換時(shí)，都會(huì)造成ups等設(shè)備供電中斷；而當(dāng)備用電源帶所有負(fù)載運(yùn)行而市電恢復(fù)時(shí)，備用電源向市電切換不一定中斷設(shè)備供電，供電是否中斷，取決與備用電源與市電的切換方式。
（1）備用電源與市電之間的斷電切換（open transition）
當(dāng)備用電源帶所有負(fù)載運(yùn)行而市電恢復(fù)時(shí)，如果備用電源向市電的切換中斷了負(fù)載設(shè)備的供電，則電源切換方式為斷電切換。電源的自動(dòng)切換一般由ats完成。執(zhí)行斷電切換功能的ats只有一個(gè)觸頭，且固定在負(fù)載端，市電正常供電時(shí)開關(guān)的狀態(tài)，觸頭擲于左邊市電側(cè)；當(dāng)市電失電時(shí)，備用機(jī)組啟動(dòng)，機(jī)組穩(wěn)定可帶負(fù)載時(shí)，ats自動(dòng)切換到右側(cè)備用電源供電；當(dāng)市電恢復(fù)正常后，ats自動(dòng)切換回到左側(cè)正常電源側(cè)供電，然后機(jī)組冷卻停機(jī)。可見，由“單刀雙擲”ats完成的斷電切換，兩次電源切換都會(huì)造成ups等下游負(fù)載停電。由于ats的切換速度較快，當(dāng)ats下游負(fù)載為容量較大的電動(dòng)機(jī)時(shí)，備用電源向恢復(fù)正常的市電切換，將導(dǎo)致容量不可忽視的電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電源與市電非同步并聯(lián)，從而損壞電動(dòng)機(jī)及電氣上臨近的其它負(fù)載設(shè)備，因此斷電切換電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載時(shí)，需要ats觸頭在中間位置停留一段時(shí)間，然后再向市電側(cè)切換，觸頭在中間位停留時(shí)間的長(zhǎng)短，取決電動(dòng)機(jī)電壓的衰減時(shí)間常數(shù)。
斷電切換的特點(diǎn)及其在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。斷電切換方式使數(shù)據(jù)中心所有ups投入退出的頻率為市電停電頻率的兩倍，當(dāng)市電供電可靠性很低時(shí)，導(dǎo)致一定壽命的ups的使用天數(shù)，較不斷電切換（相應(yīng)ups投入退出的頻率與市電停電頻率相等）明顯縮短，而數(shù)據(jù)中心終端設(shè)備的高供電可靠性需求，可能因此而不得不配置冗余ups。此外當(dāng)ats給感性負(fù)載供電時(shí)，斷電切換需要觸頭在中間位停留長(zhǎng)短取決于負(fù)載的一段時(shí)間，而增加了ats有效應(yīng)用的難度。因此，斷電切換適用于市電供電可靠性很高的數(shù)據(jù)中心非感性負(fù)載的電源切換。
（2）備用電源與市電之間的不斷電切換（close transition）
當(dāng)備用電源帶所有負(fù)載運(yùn)行過程中市電恢復(fù)時(shí)，如果備用電源向市電的切換不中斷負(fù)載設(shè)備的供電，則備用電源向市電的切換為不斷電切換
具有不斷電切換功能的ats，如圖7所示具有兩套動(dòng)觸頭。市電正常供電時(shí)左側(cè)的動(dòng)觸頭閉合而右側(cè)的動(dòng)觸頭斷開，負(fù)載由市電供電，當(dāng)市電失電時(shí)，備用機(jī)組啟動(dòng)，機(jī)組穩(wěn)定可帶負(fù)載時(shí)，ats左側(cè)的動(dòng)觸頭斷開而右側(cè)的動(dòng)觸頭閉合，ats自動(dòng)切換到右側(cè)備用電源供電；市電恢復(fù)正常時(shí)，ats控制備用機(jī)組與市電同步，達(dá)到同步條件時(shí)控制左側(cè)的動(dòng)觸頭合閘，然后機(jī)組將負(fù)載自動(dòng)轉(zhuǎn)移到市電，最后斷開右側(cè)動(dòng)觸頭，完成備用電源向市電的自動(dòng)切換，機(jī)組隨后冷卻停機(jī)。可見，由“雙刀雙擲”型ats執(zhí)行的不斷電切換，市電的失電和恢復(fù)，只造成ups等負(fù)載設(shè)備一次停電。
備用電源向市電的不斷電切換，不會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電源與市電非同步并聯(lián)，因而不會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)及電氣上臨近的其它負(fù)載設(shè)備。不斷電切換的特點(diǎn)及其在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。不斷電切換方式使數(shù)據(jù)中心所有ups投入退出的頻率等于市電停電頻率，為斷電切換方式下ups投切頻率的一半，因此當(dāng)ups設(shè)備及配電設(shè)備質(zhì)量很高，市電的供電可靠性很高，且參考圖3采用雙路市電加備用電源設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)終端負(fù)載設(shè)備需求，適當(dāng)減少冗余ups的配置數(shù)量。此外當(dāng)ats帶感性負(fù)載，且很難估算電源ats觸頭在中間位置合適的停留時(shí)間時(shí)，則可考慮采用不斷電切換方式。


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