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要充分了解分布式電池UPS系統(tǒng)的重要性和功能，深入了解其工作原理和優(yōu)勢至關重要。了解這些系統(tǒng)的運行方式及其對數據中心彈性的深遠影響，可以揭示寶貴的見解，了解如何在能源需求不斷增長和潛在中斷的情況下，保障運營連續(xù)性。繼續(xù)閱讀，探索分布式電池UPS背后的技術及其在為未來數字基礎設施供電方面的關鍵作用。

在人工智能和HPC需求推動數據中心電力消耗不斷增加的背景下，不間斷電源(UPS)的作用變得越來越重要。預計主要云服務提供商今年的用電量將增加50%，因此確保不間斷電源變得至關重要。

在這種情況下，帶有分布式電池備份的UPS系統(tǒng)通過維持電能質量、保護電子設備免受電網不穩(wěn)定的影響以及確保關鍵應用的不間斷服務，在保障工業(yè)運營方面發(fā)揮著至關重要的作用。

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如何提高帶有電池備份的UPS的可靠性

UPS系統(tǒng)概述

數據中心運營商和所有者通常會從各種UPS架構中，選擇適合更高功率系統(tǒng)應用的架構，尤其是那些運行大型設施的架構。UPS系統(tǒng)的類型是電能電池備份配置的重要因素，這些包括單片和模塊化UPS系統(tǒng)。

單片UPS系統(tǒng)

單片式UPS可為關鍵操作提供令人滿意的電源保護，可作為單個單元或集成子系統(tǒng)的一部分運行。雖然它可以是并聯或雙總線系統(tǒng)的一部分，但它缺乏內部冗余和可擴展性，無法應對重大的電源轉移。

模塊化UPS系統(tǒng)

模塊化UPS系統(tǒng)由一個裝有電源模塊的框架組成，這些電源模塊可以根據容量或冗余度進行排列。模塊化UPS中的每個電源模塊都獨立運行，即使在帶電系統(tǒng)中也可以安全地拆卸或安裝。

電池集成在UPS可靠性和基礎設施中的意義

當電網發(fā)生故障時，電池對電力系統(tǒng)的功能起著至關重要的作用。它們在電網正常運行時儲存電能，在停電時提供備用電源。在數據中心，它們有助于無縫過渡到發(fā)電機等長期備用能源存儲源，從而保持不間斷的IT操作。業(yè)主和運營商選擇不同的UPS系統(tǒng)支持選項，具有不同的優(yōu)勢和權衡。

集中式電池架構

UPS系統(tǒng)中的集中式電池架構將所有電池連接到一個點，為主要組件提供簡單的安裝和成本效益。然而，它可能會導致電池斷路器等輔助設備的成本更高。雖然集中式系統(tǒng)在故障隔離方面存在局限性，但數據中心所有者和運營商可以將其應用于單片和模塊化UPS。

分布式電池架構

分布式電池架構采用模塊化方法，將每個電源模塊與專用電池柜配對，以增強負載保護。單片式UPS缺乏模塊化，無法在單個系統(tǒng)中與分布式電池配合使用。這種架構僅與模塊化UPS系統(tǒng)兼容。然而，由于直流配電板配置限制，并非所有模塊化UPS都支持分布式電池設置。

集中式和分布式電池配置的系統(tǒng)依賴性比較

分布式電池增強了模塊化UPS系統(tǒng)的優(yōu)勢，而集中式電池則需要考慮各種權衡。采用分布式電池的模塊化UPS系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢，特別是在電池斷路器(BCB)和UPS之間的電源中斷、電池故障隔離、電能保護成本以及可用性和可靠性方面。

BCB和UPS短路

當電池斷路器(BCB)與UPS之間發(fā)生短路時，分布式電池系統(tǒng)的效率更高。由于環(huán)境因素、設備問題、外部干擾或基礎設施老化等原因導致直流電源線絕緣損耗。

集中式電池配置中的電源中斷風險

集中式系統(tǒng)中BCB和UPS之間的短路可能會中斷供電、損壞設備并導致停機。如果主電源發(fā)生故障，DC/DC轉換器上的保險絲熔斷會關閉UPS備用電源，從而影響無縫電池備用電源轉換。

分布式電池的電力系統(tǒng)彈性

相比之下，分布式電池設置更具彈性。如果BCB和UPS之間發(fā)生短路，則只有連接的電池組會受到影響，其余電池組仍可正常運行。這種隔離可防止整個系統(tǒng)關閉，確保不受影響的負載持續(xù)供電。與具有固有漏洞的集中式架構不同，分布式電池可增強系統(tǒng)可用性和容錯能力。

電池故障隔離

UPS系統(tǒng)可能在不同情況下面臨電池故障，對備用電源基礎設施的可靠性和性能構成挑戰(zhàn)。可能會發(fā)生絕緣損耗、短路或故障等問題。UPS與BCB連接以控制跳閘，從而提高安全性。

案例1：BCB可以清除故障

當集中式電池系統(tǒng)中的電池柜發(fā)生故障時，如果BCB能夠隔離故障，剩余的電池仍可以為負載提供充足的電力。但是，由于電池柜減少，容量降低，這種冗余只能持續(xù)較短的時間。

相反，在機柜發(fā)生故障時，分布式系統(tǒng)中的負載繼續(xù)通過電池滿載供電，并與BCB進行故障隔離。受影響的核心最初從剩余的電池中獲取能量，并在剩余核心過載的情況下繼續(xù)提供滿載。

案例2：BCB無法清除故障

如果BCB無法清除電池故障，分布式電池架構比集中式電池架構具有更好的容錯能力。在集中式設置中，單個電池組故障可能會通過直流配電蔓延，從而導致DC/DC轉換器保險絲燒斷和備用電源丟失。另一方面，分布式電池通過隔離電氣連接來提高系統(tǒng)彈性，這限制了特定電池組內的故障，從而防止了大面積停電。

直流電源保護成本

在集中式電源系統(tǒng)設置中，每個BCB必須處理“N-1”串的電流，或者當系統(tǒng)繼續(xù)以全容量運行時，即使一個串發(fā)生故障。當一個串發(fā)生內部短路時，所有其他電池串將堅持支持發(fā)生故障的串，這可能會導致保護裝置過載。全球標準要求電源保護裝置的尺寸能夠確保電流中斷而不會破裂。

電池柜數量的增加對成本和組件可用性提出了挑戰(zhàn)。例如，在有四個柜子的設置中，BCB應該處理三個柜子的電流，而在有八個柜子的設置中，它們必須管理七個柜子的電流。BCB通常是外部的，需要根據存儲容量要求進行尺寸調整，這會導致額定電流更高的BCB和增加直流電源保護成本。

分布式儲能架構涉及將電池模塊分布在單獨的機柜中。由于每個BCB僅負責管理其指定機柜組內的電流，因此這種配置可顯著降低電流負載和相關成本。雖然這通常會導致更高的成本，但考慮到整體解決方案成本，這種情況有時才會發(fā)生。

可用性和系統(tǒng)可靠性

分布式電池設置具有維護優(yōu)勢，特別是在BCB安裝方面。集中式電池系統(tǒng)存在一個關鍵漏洞，那就是單點故障。這種設置會導致所有電池被斷路器同時斷開。維修或更換電池變得困難，因為對一個電池柜的任何操作都會影響所有電池柜，從而防止維護期間備用能源故障。

分布式電池設置可提高可維護性和故障控制能力。多個電池串可避免單點故障，從而提高可靠性，確保在故障期間持續(xù)供電。該系統(tǒng)可提高電力可靠性、減少中斷、優(yōu)化儲能容量并降低運營成本。

每個電池柜或電池組安裝單獨的BCB

不管電池是集中式還是分布式，都可以為每個電池柜或電池組安裝單獨的BCB，從而消除單點故障和斷電。這樣可以最大限度地減少停機時間并提高系統(tǒng)可用性，但成本較高。然而，由于采用集中式邏輯，UPS仍然無法在集中式電池配置和單片UPS系統(tǒng)中單獨控制每個BCB。

總結

分布式電池系統(tǒng)提供強大的解決方案，與集中式系統(tǒng)相比，具有更好的容錯性、可用性和成本節(jié)省。它們擅長隔離故障、確保不間斷供電并降低全系統(tǒng)停機的風險。通過管理跨獨立機柜的電池模塊，這些系統(tǒng)降低了直流電源保護成本并提高了效率，使其成為可靠UPS基礎設施的不二之選。