کاهش هارمونیک برای مراکز داده: AHF برای بارهای UPS و IT

خلاصه. یک فیلتر هارمونیک فعال برای کاربردهای مرکز داده باید استاندارد پذیرش متفاوتی نسبت به واحد کارخانه داشته باشد: بار هرگز خاموش نمی‌شود، طیف هارمونیک با استفاده از IT تغییر می‌کند و هر جزء باید بدون وقفه در مسیر حیاتی قابل نگهداری باشد. این راهنما توضیح می‌دهد که چگونه یکسوکننده‌های UPS، منابع تغذیه سرور و درایوهای خنک‌کننده برای تولید طیفی که در بار جزئی به اوج خود می‌رسد، تعامل دارند، چگونه THDi در محدوده بار IT رفتار می‌کند و چگونه فیلترها را با فلسفه N+1 اندازه‌گیری و پیکربندی کنیم. این شامل گرمایش خنثی چهار سیمه، نظارت و ثبت سفارش برای گزارش مستاجر، ترتیب افزونگی و رویه تأیید است که هم تیم تأسیسات و هم شرکت برق را راضی می‌کند.

چه چیزی رفتار هارمونیک مرکز داده را متفاوت می‌کند؟

یک سالن داده ترکیبی از بار را ارائه می‌دهد که با هر گیاه صنعتی متفاوت است. یکسوکننده‌های UPS دو مبدل جریان تحریف شده‌ای را می‌کشند که در بار جزئی از نظر درصدی بالاترین است، منابع تغذیه سوئیچینگ سرور هارمونیک‌های سه‌گانه را به خنثی در شاخه‌های تک فاز تزریق می‌کنند و درایوهای گیاه خنک‌کننده الگوی پنج پالس کندتر متغیر را در بالا اضافه می‌کنند. طیف ترکیبی با حرکت استفاده از IT به طور مداوم تغییر می‌کند، بنابراین فیلتری که به درستی برای بار طراحی شده است ممکن است در ساعت سه صبح به خوبی مطابقت نداشته باشد.

تفاوت دوم پیامد وقفه است. در یک کارخانه، خرابی فیلتر یک ساعت تولید را هزینه دارد. در یک سالن داده، خطر وقفه مستاجر و جریمه قراردادی را به همراه دارد. این سه الزام طراحی را هدایت می‌کند: فیلتر باید در حالی که سالن زنده است قابل نگهداری باشد، باید به جای کشیدن اتوبوس به سمت پایین، به حالت ایمن خراب شود و ظرفیت آن باید با افزونگی برنامه‌ریزی شود تا در استفاده 100 درصدی.

تفاوت سوم اندازه‌گیری است. مراکز داده اندازه‌گیری، ثبت و گزارش می‌شوند. مستاجران و حسابرسان شواهد کیفیت توان و به طور فزاینده‌ای داده‌های هارمونیک به ازای هر سفارش را به جای یک رقم واحد THD درخواست می‌کنند. بنابراین، یک فیلتر با ثبت و ارتباطات یک افزودنی نیست: بلکه بخشی از زنجیره شواهد انطباق، در کنار سوابق بهره‌وری UPS و گزارش PUE می‌شود.

در نهایت، توپولوژی الکتریکی خطر را متمرکز می‌کند. سالن‌های با چگالی بالا از توزیع باس‌وی با حداقل امپدانس بین خروجی UPS و بار IT استفاده می‌کنند، بنابراین جریان هارمونیک به سرعت منتشر می‌شود و هادی‌های خنثی مجموع‌های سه‌گانه را از بسیاری از بارهای تک فاز حمل می‌کنند. بزرگ کردن خنثی و جبران چهار سیمه عملکردهای طراحی عادی هستند، نه یک اصلاح اختیاری.

تغییر طیف در محدوده بار. در بار کامل IT، یکسوکننده UPS غالب است و طیف نسبتاً خوش‌رفتار است. در بار کم، یکسوکننده ممکن است در حالت هدایت متفاوتی کار کند در حالی که منابع تغذیه سرور هارمونیک‌های فردی مشخصه خود را می‌کشند، بنابراین ترتیب غالب می‌تواند از پنجم و هفتم به سوم، پنجم و نهم تغییر کند. فیلتری که برای یک نقطه عملیاتی پیکربندی شده است ممکن است دیگری را در معرض خطر قرار دهد، به همین دلیل است که انتخاب ترتیب قابل برنامه‌ریزی و تأیید در سطوح بار متعدد به جای اختیاری مورد نیاز است.

چرا کاهش هارمونیک یک الزام تجاری در سالن‌های داده است

1. ظرفیت ترانسفورماتور و ژنراتور آزاد می‌شود. جریان هارمونیک سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور را گرم می‌کند و ظرفیت قابل استفاده را کاهش می‌دهد. کاهش اعوجاج جریان به ترانسفورماتور یکسان اجازه می‌دهد تا بار واقعی بیشتری را حمل کند و هزینه‌های سرمایه‌ای را برای ظرفیت اضافی به تعویق می‌اندازد - اغلب بزرگترین استدلال مالی منفرد برای نصب فیلترها.

2. گرمایش خنثی و باس‌وی کنترل می‌شود. هارمونیک‌های سه‌گانه در خنثی جمع می‌شوند و در سالن‌های با چگالی بالا، خنثی می‌تواند جریان بیشتری نسبت به فاز حمل کند. یک AHF مرکز داده 100 آمپر با جبران چهار سیمه مستقیماً این را برطرف می‌کند، در حالی که یک واحد سه سیمه خطر را دست نخورده باقی می‌گذارد.

3. بهره‌وری UPS و عمر باتری بهبود می‌یابد. جریان ورودی تحریف شده باعث افزایش تلفات در یکسوکننده و افزایش دماهای داخلی می‌شود. جریان ورودی تمیزتر باعث کاهش تنش حرارتی بر روی خازن‌ها می‌شود که شایع‌ترین علت پایان عمر UPS است.

4. انطباق با کد شبکه و شرکت برق قابل حسابرسی می‌شود. در جایی که شرکت برق انتشار هارمونیک را در ورودی سرویس اندازه‌گیری می‌کند، ثبت به ازای هر سفارش از فیلتر، شواهد مورد نیاز در بررسی را بدون یک نظرسنجی تحلیلگر موقت فراهم می‌کند.

5. گزارش مستاجر راضی می‌شود. قراردادهای هم‌مکانی به طور فزاینده‌ای به کیفیت توان اشاره می‌کنند. فیلتری که THDi، PF و جریان خنثی را در طول زمان ثبت می‌کند، یک تعهد قراردادی را به یک گزارش معمول تبدیل می‌کند.

6. افزونگی بدون دو برابر شدن هزینه قابل دستیابی است. قاب‌های ماژولار اجازه N+1 را در سطح ماژول می‌دهند: یک رک از چهار ماژول که سه تا بار را حمل می‌کنند به این معنی است که یک ماژول معیوب در یک پنجره برنامه‌ریزی شده بدون از دست دادن جبران جایگزین می‌شود. یک APF ماژولار رک مونت بلوک ساختمانی معمول برای این ترتیب است.

7. عملکرد ژنراتور و ATS باید در نظر گرفته شود. سالن‌های داده در طول قطعی برق شرکت برق با ژنراتور کار می‌کنند و ژنراتور امپدانس منبع بسیار بالاتری نسبت به منبع تغذیه شرکت برق دارد. جریان هارمونیک که در برق شرکت قابل قبول بود می‌تواند اعوجاج ولتاژ غیرقابل قبولی را در ژنراتور ایجاد کند و باعث ناپایداری ورودی UPS شود. بهره فیلتر و انتخاب ترتیب معمولاً به مجموعه پارامتر جداگانه‌ای برای عملکرد ژنراتور نیاز دارد و منطق تغییر باید آن را به طور خودکار فعال کند.

چگونه AHF را در سالن داده مشخص و مستقر کنیم

مرحله 1 - نظرسنجی در سه سطح بار. طیف را در 30، 60 و 90 درصد بار IT ثبت کنید. طیف‌های مرکز داده با استفاده شکل خود را تغییر می‌دهند و اندازه‌گیری بر اساس یک عکس فوری واحد، جریان را در نقاط عملیاتی دیگر اشتباه بیان می‌کند.

مرحله 2 - بر اساس حداکثر تقاضا با سرصفحه اندازه‌گیری کنید. از همان روش RMS مانند هر پروژه صنعتی استفاده کنید، اما صراحتاً اجازه افزونگی را اضافه کنید: اگر N+1 مورد نیاز است، ظرفیت نصب شده باید با یک ماژول خارج از سرویس، هدف را برآورده کند.

مرحله 3 - پاکت نصب را زودتر انتخاب کنید. ماژول‌های رک در اتاق UPS یا کابینت کیفیت توان اختصاصی قرار می‌گیرند؛ کابینت‌های زمینی مناسب تابلو برق اصلی LV هستند. قبل از ساخت اتاق، دسترسی جلو، ورود کابل و جریان هوا را تأیید کنید، زیرا نصب مجدد خنک‌کننده در یک سالن داده تکمیل شده بسیار گران‌تر از خود فیلتر است. یک کابینت ایستاده زمینی 75 آمپر مناسب نصب مرکزی است؛ ماژول‌های رک بهتر در فیدهای باس‌وی توزیع می‌شوند.

مرحله 4 - انتخاب ترتیب را با احتیاط پیکربندی کنید. فعال کردن هر ترتیب با بهره تهاجمی یک اشتباه رایج در راه‌اندازی در سالن‌های با مبدل‌های متعدد است. با ترتیب‌های اندازه‌گیری شده غالب شروع کنید، پایداری را در برابر حلقه کنترل UPS تأیید کنید، سپس در صورت توجیه باقی‌مانده THDi، محدوده را گسترش دهید.

مرحله 5 - نظارت را با BMS ادغام کنید. جریان، دما، وضعیت و آلارم‌های هر ماژول را از طریق RS485 یا اترنت در معرض دید قرار دهید و پروتکل را قبل از نصب با یکپارچه‌ساز BMS تأیید کنید. فیلتری که فقط یک چراغ سبز را گزارش می‌دهد، در یک تأسیسات نظارت شده هیچ ارزش عملیاتی ندارد.

مرحله 6 - تحت بار با یک گزارش مستند تأیید کنید. قبل و بعد از همان بار IT اندازه‌گیری کنید، مقادیر فاز و خنثی را ثبت کنید و ردیابی را با اسناد راه‌اندازی ذخیره کنید. این گزارش همان چیزی است که تیم تأسیسات هنگام پرسیدن مستاجر در مورد اینکه آیا کیفیت توان با قرارداد مطابقت دارد، ارائه می‌دهد.

برای سالن‌هایی که همچنین در معرض توان راکتیو هستند، یک AHF با قابلیت راکتیو می‌تواند ضریب توان را در ورودی بدون بانک خازن جداگانه نگه دارد و یک مورد نگهداری را از اتاقی که فضایی برای آن ندارد حذف کند. در جایی که سالن از چندین ترانسفورماتور تغذیه می‌شود، جبران را به ازای هر ترانسفورماتور به جای مرکزی قرار دهید، بنابراین خرابی ترانسفورماتور فیدر باقی‌مانده را بدون جبران نمی‌گذارد. کل محدوده AHF فرمت‌های دیواری، رک و کابینتی را پوشش می‌دهد و سالن‌های کوچک می‌توانند با یک ماژول 30 آمپر شروع کنند و با افزایش چگالی گسترش یابند.

توزیع باس‌وی و جبران به ازای هر طبقه. در سالن‌های با چگالی بالا، ترانسفورماتور یک رایزر باس‌وی را با جعبه‌های انشعاب به ازای هر طبقه یا هر سالن تغذیه می‌کند. جبران در رایزر کل ساختمان را به عنوان یک بار در نظر می‌گیرد؛ جبران به ازای هر انشعاب جریان را در نزدیکترین فاصله به سرورها تمیزتر نگه می‌دارد و تلفات باس‌وی را کاهش می‌دهد. مصالحه عملی یک واحد مرکزی در رایزر برای اعوجاج پایه به علاوه ماژول‌های کوچک در انشعاب‌های با بار سنگین است، با پذیرش اینکه هر نقطه نصب به ترتیب CT و آدرس خود در اتوبوس نظارت نیاز دارد.

اشتباهات رایج در پروژه‌های سالن داده. چهار مورد به طور مکرر ظاهر می‌شوند: اندازه‌گیری از یک نظرسنجی راه‌اندازی که در بار 20 درصدی گرفته شده است؛ نصب یک فیلتر سه سیمه زیرا خروجی UPS سه سیمه است در حالی که توزیع IT چهار سیمه است؛ راه‌اندازی بهره بیش از حد تهاجمی و بی‌ثبات کردن ورودی UPS؛ و حذف فیلتر از لیست ادغام BMS، بنابراین تیم عملیات هرگز آلارم‌های آن را نمی‌بیند. جلوگیری از هر کدام در مرحله طراحی ارزان و اصلاح آن در یک سالن زنده گران است.

ترانسفورماتور را قبل از فیلتر ارزیابی کنید. گرمایش هارمونیک یک ترانسفورماتور را با عاملی که به جزء تلفات جریان گردابی بستگی دارد، نه صرفاً THDi، کاهش می‌دهد. دو سالن با فیلترهای یکسان و THDi یکسان می‌توانند دماهای سیم‌پیچ بسیار متفاوتی داشته باشند اگر یک ترانسفورماتور با رتبه K مشخص شده باشد و دیگری نباشد. در جایی که ترانسفورماتور موجود رتبه هارمونیک ندارد، فیلتر ممکن است نیاز به جبران عمیق‌تر از آنچه هدف انطباق توجیه می‌کند، داشته باشد، صرفاً برای نگه داشتن سیم‌پیچ در کلاس عایق خود در طول بار اوج تابستان.

پنجره راه‌اندازی را در مرحله طراحی برنامه‌ریزی کنید. حتی ماژول‌های هات-سوآپ نیاز به برق‌رسانی اولیه دارند و برق‌رسانی نیاز به یک پنجره کوتاه دارد که در آن فیدر ایزوله شود. در یک سالن زنده، آن پنجره ماه‌ها قبل مذاکره می‌شود. مستند کردن آن به عنوان بخشی از برنامه طراحی از وضعیت آشنایی که در آن یک فیلتر تکمیل شده در جعبه خود نشسته است زیرا هیچ قطعی قابل تضمین نبود، در حالی که مهلت انطباق شرکت برق نزدیک می‌شود، جلوگیری می‌کند.

مستند کردن خط پایه. نظرسنجی قبل از نصب را به عنوان یک سند کنترل شده با کلاس ابزار، تاریخ کالیبراسیون، نقطه اندازه‌گیری و درصد بار IT نگه دارید. هنگامی که شرکت برق یا مستاجر هجده ماه بعد نتیجه را به چالش می‌کشد، آن سند به علاوه گزارش راه‌اندازی کل زنجیره شواهد است. بدون آن، گزارش‌های خود فیلتر بهبود را نشان می‌دهند اما نمی‌توانند وضعیت شروع را اثبات کنند و بحث به جای اندازه‌گیری، به اعتبار تبدیل می‌شود.

سوالات متداول

چرا THDi زمانی که سالن داده کم بار است بالاتر است؟

THDi نسبت جریان هارمونیک به جریان اساسی است. در بار کم IT، جریان اساسی سریع‌تر از محتوای هارمونیک از UPS و منابع تغذیه کاهش می‌یابد، بنابراین درصد افزایش می‌یابد حتی اگر جریان هارمونیک مطلق کمتر باشد. بر اساس جریان، نه بر اساس درصد اندازه‌گیری کنید.

آیا در یک سالن داده سه فاز به فیلتر چهار سیمه نیاز دارم؟

معمولاً بله، زیرا قفسه‌های سرور از شاخه‌های تک فاز تغذیه می‌شوند و هارمونیک‌های سه‌گانه در خنثی جمع می‌شوند. قبل از تصمیم‌گیری، جریان خنثی را در اوج اندازه‌گیری کنید؛ اگر به جریان فاز نزدیک یا بیشتر از آن رسید، جبران چهار سیمه لازم است.

آیا فیلتر را می‌توان بدون خاموش کردن سالن نگهداری کرد؟

با طراحی ماژولار هات-سوآپ و ظرفیت N+1، بله. تعویض یک ماژول چند دقیقه طول می‌کشد و بار IT را قطع نمی‌کند. واحدهای یکپارچه نیاز به قطعی دارند که معمولاً در یک سالن داده زنده غیرقابل قبول است.

CT ها کجا باید نصب شوند؟

در سمت بار فیلتر، اندازه‌گیری جریان واقعی که سالن می‌کشد. قرار دادن در پایین دست فیلتر باعث می‌شود کنترل‌کننده خروجی خود را تنظیم کند، که باعث نوسان و عملکرد ضعیف ظاهری می‌شود.

آیا AHF با عملکرد UPS تداخل دارد؟

با راه‌اندازی محتاطانه خیر. فیلتر به جریان بار پاسخ می‌دهد در حالی که UPS ولتاژ را تنظیم می‌کند، بنابراین دو حلقه بر روی مقادیر مختلف عمل می‌کنند. تنظیمات بهره تهاجمی می‌تواند باعث تعامل شود، به همین دلیل است که انتخاب ترتیب و بهره در برابر داده‌های اندازه‌گیری شده تنظیم می‌شوند.

فیلتر چگونه از گزارش PUE یا بهره‌وری پشتیبانی می‌کند؟

با کاهش تلفات هارمونیک در ترانسفورماتورها، کابل‌کشی و یکسوکننده‌های UPS، و با ارائه داده‌های کیفیت توان ثبت شده. صرفه‌جویی به صورت تلفات توزیع کمتر ظاهر می‌شود و گزارش به جای جایگزینی آن، از الزام گزارش‌دهی پشتیبانی می‌کند.

نتیجه‌گیری

کاهش هارمونیک مرکز داده به همان اندازه که یک مسئله الکتریکی است، یک مسئله افزونگی و شواهد است. در سه سطح بار نظرسنجی کنید، بر اساس جریان با اجازه N+1 اندازه‌گیری کنید، یک پلتفرم ماژولار چهار سیمه با دسترسی جلو انتخاب کنید، با احتیاط در برابر حلقه UPS راه‌اندازی کنید و مقادیر قبل و بعد را مستند کنید. به این ترتیب، فیلتر ظرفیت ترانسفورماتور را آزاد می‌کند، خنثی را محافظت می‌کند و به تیم تأسیسات گزارشی می‌دهد که می‌توانند به یک مستاجر یا حسابرس ارائه دهند.

برنامه‌ریزی کیفیت توان برای یک سالن جدید یا بازسازی؟نمودار تک خطی، رتبه‌بندی UPS و پروفایل بار IT را برای ما ارسال کنید و ما یک ترتیب قاب با افزونگی، نقاط نظارت و یک قالب گزارش راه‌اندازی پیشنهاد خواهیم داد. برای پیشنهاد با تیم مرکز داده ما تماس بگیرید.