供电系统对数据中心的可靠性研究

供电系统对数据中心的可靠性研究
供电系统对数据中心的可靠性研究

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

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”。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 UPS 双电源配电

Abstract

With 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 enterprise 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 contains 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 architecture, 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 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 important 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, in order to secure and reliable data center power supply.

Keywords: power system reliability UPS

目录

第一章课题简介 (4)

1.1绪论 (4)

1.2 数据中心供电系统的概述 (5)

1、供电系统基本概念 (5)

2、供电系统的主要组成 (5)

第二章数据中心的供电系统 (6)

2.1 供电系统的主要组成 (6)

1、高压配电柜 (7)

2、变压器 (8)

(1)变压器工作原理 (8)

3、低压配电成套设备 (9)

2.2供电系统可靠性的主要措施 (10)

1、双电源供电 (11)

(1)双电源供电的特点 (11)

2、UPS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 (14)

3.1 可靠性的概述 (14)

3.2 供电系统可靠性的分配 (14)

3.3 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 (16)

4.1倒闸操作 (16)

4.2高压开关柜运行中跳闸 (16)

4.3 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)

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。

2、供电系统的主要组成

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。

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3.6kV~550kV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。

2、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。

(1)变压器工作原理

变压器由铁芯(或磁芯)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。

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φ表示。原、副线圈中的φ是相同的,φ也是简谐函数,表为φ=φmsinωt。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=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/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,副线圈物理量用下角标2表示),其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,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π。

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π。

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η=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设备中。众所周知,发电本身耗能很大(指厂用电),据统计,其中低电压电器耗

能占发电厂总能耗的一半以上。近年来,随着大型成套设备和自动控制、自动调节系统的采用,低电压电器的使用大量增加。因此,在发电厂设备的检修中,低压电器的维修是一个重要的环节,不论从频繁性、设备的重要性还是工作量上,它是检修工作的重要组成部分。

2.2供电系统可靠性的主要措施

供电系统的可靠性就是让电源供电不间断,一种是从高压电路进线增加备用电源,也就是双电源供电;另一种是在低压楼层配电初增加备用电源设备,也就是UPS(不间断电源)。这两种设计都是为了给数据中心提供供电可靠性的最佳方式。

1、双电源供电

双电源供电当然是引自两个电源(性质不同),馈电线路当然是两条;并且一用一备都是电源,那它就是双电源供电。

(1)双电源供电的特点

双电源供电和双回路供电,人们一般都认为是一码事,互相混淆。但是事实上是有一些区别的。

双电源供电当然是引自两个电源(性质不同),馈电线路当然是两条;一用一备如果指的是电源,那它就是双电源供电。一用一备如果指的是馈电线路,就不能称之为双电源供电了。双电源比双回路可靠,但对建筑单体来说,两者看起来好象没有什么区别,很多情况下都是两路进线。双电源有一种情况是这样的:两路进线接自不同的区域变电站;而对应,双回路有一种情况是这样的:两路进线接自同一区域变电站的不同母线。所以,“双回路”中的这个回路指的是区域变电站出来的回路。双电源是电源来源不同,相互独立,其中一个电源断电以后第二个电源不会同时断电,可以满足一二级负荷的供电。而双回路一般指末端,一条线路故障后另一备用回路投入运行,为设备供电。两回路可能是同一电源也可能是不同电源。

2、UPS系统

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是供电系统对直接数据中心供电的核心设备。它是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设

备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将电池的直流电能,通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

(1)UPS的组成

UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC 变换的整流器(REC),进行DC/AC变换的逆变器(INV),逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成,由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就像接了一只大容器电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰,起到了净化功能,也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计了系统工作开关,主机自检故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。

在电网电压工作正常时,给负载供电如图1-1所示,而且,同时给储能电池充电;当突发停电时,UPS电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持

正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要,负载严重过载时,由电网电压经整流直接给负载供电(如虚线所示)。

(3)UPS的工作过程

当市电正常为380/220VAC时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的220V或380V交流电压,同时市电经整流后对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能,当发生超载(150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。

第三章供电系统可靠性分析

3.1 可靠性的概述

有些用户在规划数据中心机房供电系统时有几个误区:认为设备越多系统越可靠,即花钱越多越可靠,可靠性是用钱堆起来的;认为变压器是可以抗干扰,UPS若不带变压器就不可靠,认为高频机UPS没变压器,所以不可靠;并对零地电压谈虎色变,认为零地电压是用电设备故障的主要来源;认为UPS是带电容性负载的,不能带电感性负载,甚至认为以前的计算机、服务器等数字计算设备是电容性的负载。而且这些误区至今还在不少人~,9aa海中根深蒂固,影响了UPS 的选型,造成了损失。是不是这么回事?可以说一般电源变压器不抗干扰,这个问题不用争论,可以用一台双踪示波器一测便知,高频机UPS也有变压器,是今后的电磁变压器的替代品;至于UPS机是针对感性负载设计的,以前的计算机、服务器等数字计算设备都是电感性的负载。所以UPS带感性负载不是什么特点,而是它的本职工作;至于零地电压对于用电设备来说根本就不是干扰源,也加不到用电设备上去,何谈干扰?

3.2 供电系统可靠性的分配

一个供电系统包括好多环节:防雷器、电缆、开关柜、后备发电机、UPS、电池组、PDU、连接器等,每~个环节都对应着一定的可靠性,而且它们之间的可靠性指标相差很大。就像木桶结构一样,构成木桶的木板条长短不一,众所周知,木桶盛水的多少取决于最短的那个木板条。就像一个系统的可靠性取决于可靠性最低的那个环节一样,这就决定了系统可靠性的分配方案。不可忽略的一点是,木桶的盛水除了取决于最短的那个木板条外,还取决于每个木板条之间的连接是否密封。具体到一个电子系统中就是各环节之间的结合是否匹配,比如供电系统中各环节的连接处是否牢固,是否匹配。比如10kVA的UPS输出端应配65A 的断路器比较合适,因为单相10kVA的额定电流是45A,再加上20%过载能力,选标称值65A开关就差不多。如果还有其他考虑则另作别论,这就算匹配。但如果选32A或100A的断路器就是不匹配,就会导致故障,或频繁切断负载或在输出端瞬时短路而不能保护电源。因此,它的可靠性指标也应考虑在内。

3.3 提高供电系统可靠性的途径

选择了好的供电设备并不一定能保证有好的供电效果。良好的连接方案加上优质的设备才能保证好的供电结果。

有些用户对UPS有两个担心:

a、三相输出的UPS当三相负载电流不平衡时会导致三相电压的不平衡,于是就提出了三进单出(3/1)结构的U PS,如图3所示,以为这样就可以高枕无忧了。

b、担心单进单出会造成输入配电的不平衡

当今三相输出的UPS都具有三相负载100%不平衡的能力,一般三相负载100%不平衡时,其电压不平衡度不会超过2%。但三进单出(3/1)结构的UPS 的确有着不可靠因素,如图3所示,当输出功率为90kVA,正常时三相输入均为30kVA,达到了平衡的目的。但当UPS输出端过载、短路或逆变器故障时,为了给负载的供电不间断,旁路Bypass开关S就会自动闭合,从图中可以看出,原来提供30kV A的这一路此时就必须给出90KVA。一般的市电配电开关Si都不具有300%的余量,就会导致过载跳闸。结果没有达到供电继续的目的,反而造成负载全面断电。

为了不使上述的局面出现就必须做两件事:

一件事是将输入电路增容至原来的3倍,比如输入开关Si的容量规格增至270KVA(每相90KVA);另一件事是将输入端(比如供电局)要求增容至原来的3倍。这其中多出的180kVA也可能几年都用不上,这又存在一个如何向上游(供电局)交代的问题。三进出结构的UPS容量越大,这个问题就越严重。

根据目前的情况,三进单出结构的UPS一般用在30KVA以下比较合适。这一方面由于容量不大,通常容量等级本系统就可解决;

尤其是用于第二代N+X模块化冗余结构最为合适,这主要是由于并联UPS各单机模块在并联情况下具有统一转旁路的特点,而且故障模块可以得到及时更换,所有模块同时因出问题而转旁路的概率又非常小,这就将转旁路的危险性降I"E~J最小限度,提高了供电的可靠性。

第四章供电系统常见问题和解决方法

4.1倒闸操作

a、停电时,手车无法摇出来。解决方法:检查开关是否在分闸状态,在开关为合闸状态下,手车是无法摇出来啦,这是最常见的一种错误。

b、送电时,开关无法合上。解决方法:检查手车是否摇到位,可以将手车重新摇出来再摇进去,听到“咔嚓”声后到位,此时再合开关就可以了。如果此时还是不行的话,再合一次不行应该高度重视,应该是线路哪里有短路,应先去检查线路,找出问题,并且向上级汇报。

c、送电时,手车无法摇进去。解决方法:此问题大部分是因为接地刀闸未在断开位置,需要将接地刀闸断开后才能摇进去;如果不是此原因,那就是手车出现问题。

4.2高压开关柜运行中跳闸

故障现象:这种故障原因是保护动作。高压柜上装有过流、速断、瓦斯和温度等保护。当线路或者变压器出现故障时,保护继电器动作使开关跳闸。跳闸后开关柜绿灯(分闸指示灯)闪亮。高压柜内或者中央信号系统有声光报警信号,继电器掉牌指示。微机保护装置有“保护动作”的告警信息。

判断方法:判断故障原因可以根据继电器掉牌、告警信息等情况进行判断。在高压柜中瓦斯、温度保护动作后都有相应的信号继电器掉牌指示。过流继电器(GL型)动作时不能区分过流和速断。在定时限保护电路中过流和速断分别由两块(JL型)电流继电器保护。继电器动作时红色的发光二极管亮,可以明确判断动作原因。

处理方法:过流继电器动作使开关跳闸,是因为线路过负荷。在送电前应当与用户协商减少负荷防止送电后再次跳闸。速断跳闸时,应当检查母线、变压器、线路。找到短路故障点,将故障排除后方可送电。过流和速断保护动作使开关跳闸后继电器可以复位,利用这一特点可以和温度、瓦斯保护区分。变压器发生内部故障或过负荷时瓦斯和温度保护动作。如果是变压器内部故障使重瓦斯动作,必须检修变压器。如果是新移动、加油的变压器发生轻瓦斯动作,可以将内部气体放出后继续投入运行。温度保护动作是因为变压器温度超过整定值。如果定值整定正确,必须设法降低变压器的温度。可以通风降低环境温度,也可以减少负荷减低变压器温升。如果整定值偏小,可以将整定值调大。通过以上几个方法使温度接点打开,开关才能送电。有时候现场常遇到按下合闸开关后开关无法自动合上,此时应采取手动合闸,并检查开关问题,向上级汇报。

4.3 UPS常见故障

故障现象:有市电时UPS输出正常,无市电时蜂鸣器长鸣,无输出。

从现象判断为蓄电池和逆变器部分故障,可按以下程序检查:

——检查蓄电池电压,看蓄电池是否充电不足,若蓄电池充电不足,则要检查是蓄电池本身的故障还是充电电路故障。

——若蓄电池工作电压正常,检查逆变器驱动电路工作是否正常,若驱动电路输出正常,说明逆变器损坏。

——若逆变器驱动电路工作不正常,则检查波形产生电路有无PWM控制信输出,若有控制信号输出,说明故障在逆变器驱动电路。

——若波形产生电路无PWM控制信号输出,则检查其输出是否因保护电路工作而封锁,若有则查明保护原因;

——若保护电路没有工作且工作电压正常,而波形产生电路无PWM波形输出则说明波形产生电路损坏。

上述排故顺序也可倒过来进行,有时能更快发现故障。

b、故障现象:蓄电池电压偏低,但是开机充电十多小时,蓄电池电压仍然上不去。

从现象判断为蓄电池或充电电路故障,可按以下步骤检查:

——检查充电电路输入输出电压是否正常;

——若充电电路输入正常,输出不正常,断开蓄电池再测,若仍不正常则为充电电路故障;

——若断开蓄电池后充电电路输入、输出均正常,则说明蓄电池已因长期未充电、过放或已到寿命期等原因而损坏。

c、故障现象:UPS因为做实验或者施工进行断电,恢复送电后UPS运行正常,警报却无法消除。

从现象可判断为误告警,或者是UPS恢复延迟,可按下面步骤处理:

——把市电重新断掉,重启UPS。

——如果上述不行的话就需要进入设置,输入厂家密码进行“告警复位”操作,警告会立即消除。

d、故障现象:UPS高温告警

像这种高温告警情况,大部分是因为空调的降温效果不行,这可能是因为空调故障造成气流不足,或者直接停机,这时候只要解决空调问题即可,如果空调不能及时的修理的话,必须在UPS旁安放零时风机进行降温。UPS高温告警还有事因为UPS设备出现过热现象,所以在确定不是因为外界原因的情况下一定要检查UPS本身的原因进行汇报。

随着数据中心技术的大规模建设,以及更为关注能源利用效率,数据中心供电技术未来的发展方向一定是市电直供技术,在降低前提投资成本的同时,还通过高效率供电减少后期运营成本。这里所说的高效率不仅仅是指电网侧到IT设备的供电路径高效率,而是一次能源侧到CPU等的整个能源路径上的高效率和绿色环保,虽然传统概念的PUE可能升高,但单位总能耗是降低的。未来的总体发展趋势是高压/集中式/交流大UPS向低压/分布式/直流小UPS方向发展,由机房外集中式铅酸电池向IT机柜内分布式小(锂)电池等方向发展,从化石能源向绿色能源方向发展。

综上可知,数据中心供电系统的可靠性主要是通过双电源供电和UPS系统的多重备用供电。而双电源供电比较简单,可行性很高;但UPS还是有很多的缺陷,需要进一步去完善,这是未来供电系统发展中的一大着重改善点。进而,供电系统的可靠性应还有其它的措施等待着我们去发掘,去完善。由此也可看出对供电系统的可靠性研究是很有必要的,它直接的是为供电系统的发展提供基础,是对于数据中心的供电保障。

在这次的毕业设计中感谢母校南京机电职业技术学院给了我一个良好的学习氛围。同时也忠心感谢我的指导老师,非常感谢老师在设计过程中的教导以及对有关问题上指点和帮助。

本毕业设计在张海红老师指导下完成,完成整个论文的过程中,她不仅提供了大量的技术支持,及时提出论文中存在的问题并给予了耐心的指导,对论文初稿进行了认真细致的审查并提出了许多宝贵的意见。她严谨务实的治学态度,敏锐的洞察力,准确把握课题研究最新方向的能力和勇于创新的精神,给我留下了深刻的印象,我从中获益非浅。为此,特向她致以深深的谢意。

毕业设计可以说是对未来工作的一种模拟;通过这次设计,我对将来及现在所从事的工作充满了信心!

本设计中难免有不足之处,敬望各位老师多多谅解指正。

第七章参考文献

[1]翁双安:《供配电系统指导》机械工业出版社,2004;

[2] 李英姿:《现代建筑电气供配电设计技术》中国电力出版社,2008;

[3]中国机械工业联合会主编《供配电系统设计规范》,2010-05-01;

[4]中国建筑科学研究院《民用建筑设计规范》2008-GBJGJ_T16;

数据中心高压配电系统应用方案

数据中心高压配电系统应用方案 数据中心高压变配电系统是数据中心供配电系统联系市电供电网络和用户的中间环节,它起着变换和分配电能的作用。从电压等级而言,该系统主要会涉及到35kV/10kV/6kV/3kV等电压等级。 1.1 电压选择 1.标准电压 数据中心的高压变配电系统电压主要根据用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公共电网现状及其发展现状等因素综合考虑决定。 根据国家标准《标准电压》GB/T 156-2007(该标准基本对应IEC60038:2002),我国三相交流系统的标称电压、相关的设备最高电压如下表:

2.送电能力不同电压等级线路由于受制于线路种类和供电距离,其送电的能力也各不相同,如下表: 1.2 高压系统中性点运行方式 电力系统中性点接地是一个比较复杂的综合技术问题,它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护和自动装置的配置及动作状态、系统稳定及接地装置等问题有密切关系。电力系统的中性点系指电力

系统三相交流发电机、变压器接成星形的公共点,而电力系统中性点与大地间的电气连接方式,称之为电力系统中性点接地方式。电力系统中性点接地方式是保证系统运行、系统安全、经济有效运行的基础。 电力系统中性点接地方式分为三种:中性点不接地、中性点经阻抗(电阻或消弧线圈)接地以及中性点直接接地等。前两种被称为非有效接地系统或小电流接地系统,后一种被称为有效接地系统或大电流接地系统。如何确定电力系统中性点接地方式应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。 基本上,我国电力系统的中性点运行方式范围分布如下图:下面分别讨论三种方式的特点及应用。

机房数据中心供配电系统解决方案

商业银行数据中心供配电系统解决方案 商行数据中心的基础设施系统主要分电源、环境控制和机房监控管理系统。由于数据中心承载商行的核心业务,重要性高,不允许业务中断。因而数据中心一般根据TIA942标准的Tier4标准建设,可靠性要求99.99999%以上,以保证异常故障和正常维护情况下,数据中心正常工作,核心业务不受影响。 1、电源系统: 选用两路市电源互为备份,并且机房设有专用柴油发电机系统作为备用电源系统,市电电源间、市电电源和柴油发电机间通过ATS(自动切换开关)进行切换,为数据中心内UPS电源、机房空调、照明等设备供电。由于数据中心业务的重要性,系统采用双母线的供电方式供电,满足数据中心服务器等IT设备高可靠性用电要求。双母线供电系统,有两套独立UPS供电系统(包含UPS配电系统),在任一套供电母线(供电系统)需要维护或故障等无法正常供电的情况下,另一套供电母线仍能承担所有负载,保证机房业务供电,确保数据中心业务不受影响。在UPS输出到服务器等IT设备输入间,选用PDM(电源列头柜)进行电源分配和供电管理,实现对每台机柜用电监控管理,提高供电系统的可靠性和易管理性。 对于双路电源的服务器等IT设备,通过PDM直接从双母线供电系统的两套母线引人电源,即可保证其用电高可靠性。对于单路电源的服务器等IT设备,选用STS(静态切换开关)为其选择切换一套供电母线供电。在供电母线无法正常供电时,STS将自动快速切换到另一套供电正常的母线供电,确保服务器等IT设备的可靠用电。 供配电系统拓扑图

ATS ATS 柴油机发电 第一路市电 第二路市电动力配电柜 第二级配电UPS 配电柜 UPS1 UPS2 PDM1 PDM2 列头柜 STS 机柜P D U 1机柜P D U 2 机柜P D U 1机柜P D U 2 机柜机柜P D U 1 机柜P D U 2 机柜机柜P D U 1机柜P D U 2 机柜P D U 2 机柜P D U 1机柜机柜 第一级配电机柜 第三级配电 空调新风 双母线供电方案 机柜内走线 图示双母线供电系统可确保供电可靠性高达99.99999%以上 2、机房智能配电系统三级结构 数据中心三级配电系统是对机房配电的创新,机房三级配电系统有利于配电系统的设计和运维管理 第一级:机房配电接入层。主要包括大楼地下配电室到机房输入端电缆的部分及机房市电配电部分。 第二级:机房配电管理层。主要包括机房UPS 配电部分。通过使用模块化配电柜,实现机房的模块化配电,并将设备用电和辅助设备用电分开; 第三级:机柜排及机柜配电层。主要包括列头柜PDM 配电、STS 配电到负载部分; 3、 供配电系统的智能化管理 供配电系统的智能化管理:列头柜的智能监控系统可对配电系统开关状态与负载情况进行监测、告警、统计。 监控的输入部分电气参数有:电量、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、三相电压、电流、频率等。 监控的输出支路电气参数有:额定电流,实际电流、负载百分比、负载电流谐波百分比、负载电量、功率因数等。 这些监测信息能让值班人员掌握各设备的运行情况,及时调整负载分布,清楚了解每一个机柜的耗电量,对设备电源部分的潜在故障、对能效管理、降低能耗提供可靠依据。 模块化设计智能管理:本方案配电系统遵循以可靠性设计为核心,专

企业电力供配电系统运行可靠性与安全性分析

企业电力供配电系统运行可靠性与安全性分析 摘要:电力系统是由发、供、配、用四大部分构成,而供配电系统涉及电力系 统的供和配两大部分。要想电能在电力系统中正常输配,供配电系统可靠性是基 本保证。通过供配电系统不仅能实现电能在发电厂与用户之间的传输、配送,还 能实现对该过程进行控制和计量,并通过在线监测方式对在系统中随时可能出现 的各种故障进行快速且有效的检测和保护,供配电系统可靠运行能基本保证电力 系统正常运行。 关键词:供配电系统;运行;可靠性;安全性 1企业电力供配电系统运行可靠性与安全性现状 1.1管理不规范 管理不规范会出现混乱局面,由于大多数人缺乏对电路分布情况的全面了解,导致在这 个过程中存在大量的安全隐患。而管理层也没有起到有效作用,管理人员的整体素质不高, 没有肩负起身上的责任,没有发挥出实际效果。随着城市经济的飞速发展以及不断加快的城 市化进程,为了更好地建设城市,常常会出现大量的施工活动,这些大规模的施工活动对配 电线路容易造成严重破坏,例如很多时候地面施工时,就会出现地下电缆被挖断、地上电缆 被折断等问题。其次在电力线路基础设施建设上面,有些城市没有设置专用架设杆线,这样 造成的后果是多种线路共架,不仅安全性受到影响,还增加了日常维护的难度,并且这样的 设置使得外界因素的不利影响也有所增加。部分用户肆意用电,私自增大使用负荷,给线路 增加了负担,影响到稳定运行。 1.2设备落后 设备是供配电网运行当中的重要组成部分,其中所存在的问题有:第一,在供配电网中 对部分质量没有达标的套管材料以及绝缘子进行应用。该情况的存在,在高压高负荷以及雷 击状态下,则有较大的几率出现线路短路跳闸故障问题,因此将导致严重永久性故障的发生,不仅会导致发生经济方面的损失,且有可能导致大面积停电事故的发生;第二,在供配电网 设置中,在柱上断路器安置质量方面存在不达标问题,对于工作人员来说,如果没有对其进 行及时的维修,则可能导致安全事故的发生。对于断路器来说,其具有较为特殊的连接方式,在具体操作中,如存在不可靠操作情况,则将对安全运行带来非常大的隐患,而需要通过远 程操作方式对人员安全进行保证。可以说,供配电设备的滞后性以及陈旧性都将直接影响到 系统维护调试工作的进行。 1.3后期的防范保护工作不到位 后期的防范保护具体涉及三点:自然环境问题、人为因素、一些飞鸟等小动物。此类问 题基本上都属于意外情况,需要配电人员对电路情况掌握熟悉,能够及时找出问题的出现点 并及时修理。 2企业电力供配电系统运行可靠性与安全性的提升策略 2.1完善供配电系统功能 科学技术的快速发展要求各个行业与时俱进,当前,自动化技术逐渐融入各个行业中, 实现了对传统生产模式和管理模式的调整。供配电系统运行中经常会出现停电现象,归根究

电力系统可靠性评估指标

电力系统可靠性评估指标 1.1 大电网可靠性的测度指标 1. (电力系统的)缺电概率 LOLP loss of load probability 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的概率,即 ∑∈=s i i P LOLP 式中:i P 为系统处于状态i 的概率;S 为给定时间区间内不能满足负荷需求的系统状态全集。 2. 缺电时间期望 LOLE loss of load expectation 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的小时或天数的期望值。即 ∑∈=s i i T P LOLE 式中:i P 、S 含义同上; T 为给定的时间区间的小时数或天数。缺电时间期望LOLE 通常用h/a 或d/a 表示。 3. 缺电频率 LOLF loss of load frequency 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的次数,其近似计算公式为 ∑∈=S i i F LOLF 式中:i F 为系统处于状态i 的频率;S 含义同上。LOLF 通常用次/年表示。 4. 缺电持续时间 LOLD loss of load duration 给定时间区间内系统不能满足负荷需求的平均每次持续时间,即 LOLF LOLE LOLD = LOLD 通常用小时/次表示。 5. 期望缺供电力 EDNS expected demand not supplied 系统在给定时间区间内因发电容量短缺或电网约束造成负荷需求电力削减的期望数。即 ∑∈=S i i i P C EDNS 式中:i P 为系统处于状态i 的概率;i C 为状态i 条件下削减的负荷功率;S 含义同上。期望缺供电力EDNS 通常用MW 表示。

配电系统的可靠性评估方法探讨

配电系统的可靠性评估方法探讨 所谓配电系统的可靠性评估,就是采用现代分析工具对配电系统参数进行设置,包括停电频率以及停电时间等,如果参数设置的比较合理,系统就可以按照预期规划运行,实现系统可靠性的控制。文章简述了配电系统可靠性分析的思路,分析了具体评估方法。 标签:配电系统;可靠性;评估方法 前言 当前我国在规划配电系统的过程中,一般都不设置具体的可靠性目标,而是采用隐性处理的方式,这样配电系统在投入使用时,就需要花费大量资金维护供电的可靠性。为了避免这种规划方式的弊端,需要采用科学的手段对配电系统可靠性进行评估,按照实际需求对电力资源进行合理分配,减低供电费用,提升配电系统运行的可靠性。 1 配电系统可靠性分析思路 配电系统可靠性分析的主要目标就是可以准确评价出系统运行时的可靠性,并将评估结果作为依据,对设计中存在的问题进行修正。具体评估思路如下:首先,对系统数据进行分析,评估历史的可靠性,就是根据历史数据判断系统运行能力。一般都是由系统运行部门负责这项工作,分析系统没有大大预期可靠性的原因,判断系统的薄弱环节在哪。如果问题出在设计方案上,需要与工程规划部门共同合作解决问题。其次是制作预测模型,就是根据备选设计方案预测系统未来一段时间内运行的可靠性,主要是针对配电系统中的某一个部分,预见其在运行时有可能出现的问题,提出提升系统运行可靠性的方法。最后是校正预测模型,预测模型建立以后,需要将历史数据作为依据对其进行校正,使其与历史情况相符,这样才能保证预测模型不脱离实际。值得注意的是,模型校正是一个非常复杂的过程,需要配电系统运行部门提供真实、完整的历史数据,并考虑到系统运行的外界环境因素,用电需求变化因素等,将所有因素都考虑到,然后对参数进行谨慎调整,这样才能对系统未来运行状态进行准确预测,判断其可靠性是否可以达到预期要求[1]。 2 配电系统可靠性评估方法 2.1 计算流程 第一,需要设置一个可靠性限值,主要包括两项内容,一是基本目标值,二是所允许的偏差范围;第二,在计算程序中输入模型和相关数据,数据可以来源于现有系统,也可以来源于拟建的配电系统;第三,启动计算程序,开始计算,得出预期可靠性。这种评估性的计算主要包括两项内容,一是预期停电频率,二是预期停电时间,一般都是采用图形的方式显示计算结果,这种方法比较直观,

配电系统供电可靠性统计方法

配电系统供电可靠性统计方法 (试行) SD 137-85 第一章总则 第一条配电系统供电可靠性统计,可以直接反映配电系统对用户供电能力,是配电系统可靠性管理的基础,也是电力工业可靠性管理的一个重要组成部分。其统计对象是以对用户是否停电为标准。 第二条为了统一配电系统供电可靠性统计方法及评价指标,特制定本办法,其目的在于: 1.收集配电系统运行方面的可靠性资料,建立供电可靠性的数据系统和指标; 2.为编制配电系统运行方式,维护检修计划提供可靠的数据及资料; 3.为配电系统设计和规划提供必需的可靠性数据; 4.制定统一的、明确的供电可靠性标准和准则; 5.为提高配电系统对用户的连续供电能力提供最佳可靠性的决策依据。 第三条本暂行办法适用于10(6)kV配电系统的可靠性数据统计和分析。 第四条各供电部门均应按本办法要求进行可靠性统计、计算及填报,并设专职人员负责此项工作。 第二章定义及分类 第五条配电系统供电可靠性的定义 配电系统供电可靠性——配电系统对用户连续供电能力的程度。 第六条配电系统及用户设备 1.配电系统——由各变电站(发电厂)10(6)kV出线母线侧刀闸开始至公用配电

分界点为止范围内所构成的配电网络。 2.配电系统设备 (1)配电系统变电站设备——包括从变电站(发电厂)10(6)kV母线侧出线刀闸算起,至下述各连接点为止的所有中间设备。即: 当以架空线路出线时,至出线终端杆塔引连线为止; 当以电缆线路出线的架空线路时,至出线终端杆塔电缆头搭头为止; 当以电缆出线的长距离电缆线路时,至变电站(发电厂)开关柜下部出线隔离开关与电缆头连接点为止。 (2)线路设备——由变电站(发电厂)10(6)kV出线杆塔或出线电缆头搭头至用户用电配电变压器二次侧出线套管或用户高压设备引连线搭头为止所连接的中间设备。 3.用户设备——固定资产属于用户的设备。 第七条配电系统的状态 1.供电状态——配电系统处于对用户预定供应电能的状态。 2.停电状态——配电系统不能对用户供应电能的状态。 但是对于配电系统来说,由于系统结构的不同,某些设备的停运和动作,不一定会影响配电系统对用户的供电(即不一定造成对用户的停电或限电)。 在下述情况下,不应视为对用户停电: (1)自动重合闸动作,重合成功,或备用电源自动投入。 (2)经批准停用自动重合闸装置,但在开关跳闸后3min内试送成功。 (3)小于3min的调电操作。 (4)并列运行的设备停止运行超过3min而未对用户供电产生影响。 第八条配电系统设备的状态及停运时间

风力发电系统可靠性评估体系

风力发电系统可靠性评估体系 摘要:近年来,我国的用电量不断增加,风力发电系统有了很大进展。由于风电具有随机性、间歇性和波动性等特点,风力发电系统的可靠性对大规模并网电力系统安全性造成较大影响,如何准确评估风力发电系统可靠性,这提出了全新的挑战。首先分析了风力发电系统的结构特点,提出了一种基于期望故障受阻电能相等的方法,用相同容量的发电机等效替代风电机“组串”,并根据元件状态特性对系统可靠性状态进行划分,最后建立时间、出力、系统等指标体系。 关键词:风力发电系统;等效替代;可靠性评估;指标体系 引言 随着风力发电技术迅猛发展,装机容量大幅增加,已成为可再生能源中技术最成熟、应用最广泛的发电技术之一。由于风电具有间歇性、波动性和随机性等特点,使得大规模风电接入电力系统后带来了不确定的因素,因此如何准确评估风力发电系统的可靠性显得非常重要。 1风力发电系统的特点 1.1风机输出功率影响因素分析

1)季节与时间的影响 中国“三北”地区风资源较为丰富。一般来说,一年中春季和冬季风资源较丰富,夏季风资源较贫乏;在一天中来说,白天风资源较贫乏,而夜晚风资源较丰富。 2)风速大小的影响 风电机组的运行状态和输出功率都与风速息息相关。图1给出了风电机组输出功率与风速的曲线。 2可靠性状态的划分 1)全额运行状态:当风速较快时,即风力发电系统输出功率能够达到总装机容量的70%以上。2)资源限制减额运行状态:当风速较慢时,即风力发电系统输出功率低于总装机容量的70%。3)故障减额运行状态:风力发电系统部分元件故障导致输出功率减少的状态。 3可靠性指标体系 3.1时间指标 1)全额运行时间FRH:风力发电系统处于全额运行状态(即输出功率达到总装机容量70%)的累计运行时间。2)资源限制减额运行时间RDH:风力发电系统由于风速的限制,输出功率小于总装机容量的70%的累积运行时间。3)故障减额运行时间FDH:风力发电系统中部分元件故障,导致输出功率减小的累积运行时间。4)故障停运时间FOH:风力系统由于元件故障发生全站停运的累计时间。由

电力行业数据中心建设方案

电力行业数据中心建设方案 基于本方案,将建立一个标准化的数据存储备份中心,使用存储区域网(SAN)为数据中心提供一个强健的集中存储平台,在为关键应用提供集中存储空间外,关键应用系统能够处于安全的数据备份系统保护之中。 “电力供应的安全稳定,是电力部门的首要目标。在计算机设备不断进入电力行业的今天,电力系统数据存储的稳定和安全,成为保障电力系统稳定运行的重要条件。银兴科技针对电力系统数据安全要求高,数据分布比较分散等特点,推出电力系统解决方案,满足电力部门数据存储的需要…” 方案背景 基于本方案,将建立一个标准化的数据存储备份中心,使用存储区域网(SAN)为数据中心提供一个强健的集中存储平台,在为关键应用提供集中存储空间外,关键应用系统能够处于安全的数据备份系统保护之中。同时,在数据中心机房以外的地方建立容灾系统,从而有效的避免自然灾害、供电问题、人为因素、病毒等各方面的破坏,像2008年初的这种突然雪灾是灾难性的,对电力的安全提出了更高的要求,所以我们要确保信息资源安全。 电力行业可以分成电厂和电网两类,它们在存储方面有着各自不同的需求。例如对于电厂而言,它的资产管理和资产维护非常重要,相对来说,电厂在财务和人事方面的管理就简单一些。所以对于存储就会产生不同的需求。对于电网而言,则不仅仅是维护好现有资产,更重要的是把生产出来的电供给社会,并转换为经济效益。以前,电网只管发电,然后由国家制定价钱。现在则不同,电网需要进行企业化运作,高效率地供电,同时自身获取最大的收益。那么如何解决这些问题,以满足电网和电厂的需求呢?那就是要实现电力相关业务的信息化。其实,银兴科技公司倡导的信息生命周期管理战略可以帮助电网和电厂企业解决上述的问题,助其信息化一臂之力。众所周知,存储领域最重要的技术包括数据存储的备份、容灾和虚拟存储等。银兴科技的存储产品从高端的Infortrend EonStor FC to FC及SAS 系列到中端的SAS to SATA,IP存储覆盖各个不同的需求阶段。银兴科技因而能够为客户提供完整全面的、安全性高、简易方便的解决方案。 综合来看,银兴科技可以帮助电力客户量身定做网络解决方案,降低总拥有成本,降低管理风险,并建立适合的、可扩展的、简化易操作的存储网络。 电力行业分析 电力系统是信息化建设比较彻底的行业之一,电力系统信息化包含的业务齐全,已渗透到电力生产、管理的各个角落。电力系统信息化包括以下功能: 1、电力生产及电力市场的支持系统 2、各种电力MIS 业务 3、客户管理 4、视频监控 5、EMS 备品备件管理 6、电子商务(e-Commerce) 7、网络交互业务 8、内联网数据交换中心(IXC) 9、Internet 访问等新型服务。 电力系统对存储的要求: 因为电力系统的稳定性影响到整个国家的生产, 工作和日常生活. 可以说稳定性是电力系统最重要的部分: 高可用性HA(SILVER HAPlus Cluster)

配电系统可靠性评估方法

浅谈配电系统可靠性评估方法 刘旭军 (大唐石门发电有限责任公司,湖南常德415300) 摘要:随着社会的发展,电力系统正在处于一个飞速发展的阶段,作为电力系统中最重要的组成部分配电系统,其可靠性直接关系着整个电力系统的正常运行,配电系统如果不稳定将会给电力系统带来巨大的经济损失。本文首先从配电系统常见的可靠性指标出发,探讨了当前配电系统可靠性评估的常见方法。 关键词:配电系统;电力系统;可靠性,评估方法 中图分类号:TM76 文献标识码:A 文章编号:1003-5168(2012)24-0001-01 1 常见配电系统可靠性指标 配电系统是用户与电力系统联系最重要的基础,它对整个用户的用电质量有着重要的影响,因此,对配电系统的可靠性进行有效的研究就显得非常重要。对配电系统可靠性的评价指标一般可以分为用户侧和系统侧两个方面。 1.1 用户侧可靠性指标 用户侧可靠性指标是对用户侧可靠性进行评估的基本指标,它是配电系统故障对某一区域产生影响大小的重要反应,同时也是下一级配电系统可靠性评估的重要依据和指标。通常用户侧可靠性指标有:用户侧故障率、用户侧故障导致的平均停电时间、用户侧年平均停电时间等。 1.2 系统侧可靠性指标 系统侧可靠性指标是评价配电系统向用户供应和分配电能以及供电质量的重要依据,系统侧可靠性指标更加注重从全局的角度对配电系统对整个电力系统的影响。系统侧可靠性指标一般包括:电力系统平均停电频率、电力系统平均停电持续时间、用户平均停电频率、用户平均停电时间、平均供电可用率等等。 2 配电系统可靠性评估的常见方法及改进 一般在实际的应用中,配电系统的拓扑结构较为复杂,对整个电网运行的影响因素较多,因此,如果直接利用相关的可靠性指标公式进行计算将会非常复杂。近几年,一些相关的研究工作取得了一定的进展,一些相关的学者和研究人员经过研究发现和总结了一些操作方便和方法和改进技术,这些方式方法通过大量的实践验证,证明其具有一定的实用性和有效性。当前较为常见的配电系统可靠性评估方法有故障式后果分析法、最小路法、网络等值法等等。 2.1 故障式后果分析法 这种评估方法又被称之为FMEA,它是用来评估电力系统可靠性最为传统的一种方法。这种方法主要是利用科学的故障判别准则来将配电系统的状态分为故障状态和正常状态两种,并对配电系统中所有可能出现故障的设备进行充分的分析,从而得到一个所有故障类型的列表,然后利用计算的方式获得配电系统可靠性的相关指标。一般这种方法只能在由主线和馈线组成的辐射式简单配电系统中进行应用,在一些多故障模式的复杂分支系统中很少使用。这种方法在实际应用过程中,并没有充分考虑线路的传输容量问题,所以,利用这种方法获得的相关评估指标会与真实的数值之间存在一定的差异,使评估结果出现一定的偏差。 随着现实中研究工作的不断深入,相关学者通过对故障后的潮流和电压约束的考虑,总结出了一种结合最小割集法的FMEA法。这种方法可以在一些大型的配电系统可靠性评估中进行应用。后来一些研究人员有总结出了应用于带子馈线的复杂配电系统可靠性评估方法。这种方法主要是利用了馈线分区思想,以馈线为基本单位进行馈线分区,然后建立起一个网络模型,这一网络模型主要由区域节点和开关弧组成,然后利用前面所说的FMEA方

电力系统可靠性评估发展

电力系统可靠性评估发展 发表时间:2019-07-15T11:39:19.827Z 来源:《河南电力》2018年23期作者:薛琦 [导读] 电力系统的作用和任务就是保证用户用电的可靠性和经济性,并且要保证供电的质量。 (国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司 050000) 摘要:电力系统的作用和任务就是保证用户用电的可靠性和经济性,并且要保证供电的质量。随着经济的增长,电网向远距离、超高压甚至特高压方向的发展也越来越快,网络的规模日益庞大,结构也日益复杂。本文在对电力系统可靠性评估的研究现状进行学习的基础上,介绍了可靠性分析中的两个准则即N-1准则和概率性指标或变量的准则,在概率、频率、平均持续时间、期望值等指标框架内,讨论了解析法和蒙特卡洛法的基本原理及其在电力系统可靠性评估中的应用。 关键词:系统可靠性解析法;蒙特卡洛模拟法 一、可靠性产生背景 20世纪50年代,可靠性概念的提出开始于工业,并首先在军用的电子设备中得到应用。到了60年代中期,美国、西欧和日本以及前苏联等国家电力系统陆续出现稳定性的破坏事故,导致了大面积的停电,因此可靠性技术引入了电力系统。 1968年成立了美国电力可靠性协会,在美国的12个区各自制定可靠性准则,保证电力系统能经受较大事故的冲击,避免由于连锁反应导致大面积停电。 1981 年随着加拿大和墨西哥的加入改名为北美电力可靠性协会。 20世纪90年代电力市场的出现和1996年美国西部发生的两次停电事故成为影响电力系统可靠性进一步发展的因素。 近些年来不断发生大范围的停电事故,事故发生的同时也给人们带来了一些启示:确定性准则在大电网的规划和运行中受到了诸多限制,因此需要一些新的方法和观点来全面反映电网的状态,如需要考虑电网的一些随机事件。 二、可靠性在电力系统中的应用 电力系统的作用和任务就是保证用户用电的可靠性和经济性,并且要保证供电的质量。随着电力系统规模的扩大,对电力系统可靠性的评估也要求更加准确,但是系统元件的不断增加,系统自动化程度不断提高,所以在可靠性评估中的难度也越来越大。发输电系统可靠性评估方法及发展单一的对发电系统或输电系统进行可靠性评估,结果在实际中就会有一定的局限性。 由于评估中要考虑元件的响应、网络结构、电压的质量等因素,所以计算量比较大计算也极其复杂。同时,回顾各大连锁停电故障,可以观察到的一个现象是电力系统的运行状态随着故障的连锁发生而不断恶化,系统内其他元件承受的负荷不断增加,系统趋近于某种临界状态,此时某些小概率故障(例如输电线路悬垂增加与树木接触,保护的隐性故障等)发生的概率显著增加,且一个小的事件可能会导致一个大事件乃至突变。而且,调度人员可能由于对当前系统的状态缺乏估计和了解,忽视了某些看起来平常的扰动,结果却可能导致无法估计的停电损失;或者出于对连锁大停电故障的过分担忧,实施相对保守但更加安全的控制方案,在一定程度上损害了运行经济性。因此针对上述出现的问题,如何利用新的方法更加准确和全面的反映电力系统的可靠性,并提高计算的速度,具有重要的理论研究意义和工程应用价值。 三、可靠性评估准则 电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助设施,按照规定的技术经济要求组成的统一系统。随着电力工业的发展,可靠性发展成为一门应用学科,成为电力工业取得重大经济效益的一种重要手段。电力系统可靠性实质就是用最科学、经济的方式充分发挥发、供电设备的潜力,保证向全部用户不断供给质量合格的电力,从而实现全面的质量管理和全面的安全管理。 可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内,在规定条件下完成规定功能的能力。可靠度则用来作为可靠性的特性指标,表示元件可靠工作的概率,可靠度高,就意味着寿命长,故障少,维修费用低;可靠度低,就意味着寿命短,故障多,维修费用高。 可靠性评估准则,因为在电力系统中所需要的可靠性水平应达到一定的条件,所以可靠性评估应该对应相应的可靠性准则。在可靠性分析中有两个准则分别是N-1准则和概率性指标或变量的准则。在传统的可靠性评估中主要采用的是N-1准则。确定性的N-1准则已经在电力系统可靠性评估中广泛的使用了许多年,该准则概念清晰,可操作性好。N-1准则是指正常运行方式下电力系统中任意一元件(如线路、发电机、变压器等)无故障或因故障断开后,电力系统应能保持稳定运行和正常供电,并且其他元件不过负荷,电压和频率均在允许的范围内。 这一准则要求单个系统元件的停运不会造成任何损害或者负荷削减。但同时N-1准则有两个缺点:第一个是没有考虑多元件失效;第二是只分析了单一元件失效的后果,而没有考虑其发生的概率多大。如果选择的故障事件不是非常严重,但是发生的概率比较高,基于该类故障事件的确定性分析得出的结果仍然会使系统有较高的风险。相反,即使一个具有严重后果的故障事件发生但是它的的概率可忽略不计,基于这类事件的确定性分析就会导致规划评估中过分投资。 概率评估不仅可计及多重元件的失效事件,而且可以同时考虑事件的严重程度和事件发生的概率,将二者适当结合可以得到如实反映系统可靠性的指标。使用概率性指标评估的目的是在系统评估过程中增加新的考虑因素,而不是代替已经在可靠性评估中使用了多年的N-1准则,两者之间并无冲突,将二者结合起来可更加全面准确的反映系统的可靠性水平。 四、可靠性评估方法 电力系统可靠性是通过定量的可靠性指标来度量的。为了满足不同场合的需要和便于进行可靠性预测,已提出大量的指标,其中较多的主要有以下几类: (1)概率:如可靠度,可用率等; (2)频率:如单位时间内的平均故障次数; (3)平均持续时间:如首次故障的平均持续时间、两次故障间的平均持续时间、故障的平均持续时间等; (4)期望值:如一年中系统发生故障的期望天数。 上述几类指标各自从不同角度描述了系统的可靠性状况,各自有其优点及局限性。在实际应用过程中往往是采用多种指标来描述一个

配电系统电力电子变压器的研究

配电系统电力电子变压器的研究 作者:佚名转贴自:电力安全论坛点击数:35 更新时间:2008-7-28 配电系统电力电子变压器的研究 方华亮,黄贻煜,范澍,陆继明,毛承雄 (华中科技大学电气与电子工程学院,武汉430074) 摘要: 供电可靠性及电能质量一直是用户和供电部门密切关注的问题。在电网中,变压器是电能转换的最基本的元件,但常规变压器难以对供电可靠性的提高和电能质量的改善作出贡献。本文介绍了一种全新的产品-电力电子变压器,它具有提高供电可靠性、改善电能质量并且体积小、重量轻、环保效果好等一系列优点,可以较好地解决这些问题。在对电力电子变压器现有方案进行分析的基础上,本文提出了一种新的实现方案,计算机仿真结果表明:变压器原方可以实现输入电流波形为正弦和功率因数接近于1,变压器副方可以获得良好的输出电压、电流。 关键词: 电力电子变压器; 高频变压器; 供电可靠性; 电能质量; 脉宽调制 1引言 当今社会经济的快速发展,使得人们对供电可靠性以及改善电能质量提出了越来越高的要求。如果一个供电系统的可靠性不能保证,停电不只是给供电企业带来损失,给用户将造成更大的经济损失。就电能质量而言,一种频率、电压、波形的电能已远远不能满足用户要求,经过变换处理后再供用户使用的电能占全国总发电量的百分比比值的高低,已成为衡量一个国家技术进步的主要标志之一。如在美国,2000年末,发电厂生产的40%以上的电能都是经变换和处理后再供负载使用,预计到21世纪二、三十年代,美国发电站生产的全部电能都将经变换和处理后再供负载使用。 如何更进一步提高供电可靠性和改善电能质量已成为供电部门十分重视和不断努力解决的问题,在供电系统中,变压器是实现电能转换的最基本、最重要的元件之一,对供电可靠性和电能质量有着重大的影响。目前广泛使用的配电系统变压器通常是采用铁芯油浸式,其运行可靠和效率较高;但同时,也存在以下一些不足之处[1]:·不能维持副方电压恒定; ·铁芯饱和时,会造成电压电流的波形畸变,产生谐波; ·原副方电压、电流紧密耦合,负荷侧的波动会影响到电网侧; ·需装备继电保护装置; ·体积大,笨重; ·矿物油会带来环境问题,且不易维护; 基于以上常规变压器的一些不足之处,如何进一步提高变压器的功能、改善其运行特性以更好的发挥其在供电系统中的作用,从而实现进一步提高供电可靠性、改善电能质量的愿望,是一个十分值得我们深入研究的课题。目前随着电力电子变流技术和大功率电力电子器件的迅速发展,以及在电力系统中的应用日益广泛,所有的这些为我们研制新型变压器奠定了很好的基础。我们要研制的新型变压器主要是采用电力电子技术实现的,我们称之为电力电子变压器。 对电力电子变压器的研究,国内在这方面还基本上未开展,国外在十多年前就已提出了这个概念。首先是美国海军的一个研究计划,提出了一种“交流-交流”的降压变换器构成的电力电子变压器;在这之后,由美国电力科学研究院(EPRI)赞助的一个研究项目也

含风电的发电系统可靠性评估(MC法)matlab程序

%% 3.计算含风电场的发电系统可靠性指标(非序贯MC) clc clear loadresult_WindFarmOutput %文件“result_WindFarmOutput.mat”构成了风电场出力的状态模型【风力状态状态概率】相关状态计算查看百度文库“风电场出力模型matlab程序” % 3.1 求出常规机组的出力模型,按类构成多状态模型 % RBTS发电系统中共有6类常规机组,%11台常规机组数据 % %2台5MW水电机组%% %1台10MW热电机组%% %4台20MW水电机组%% %1台20MW 热电机组%% %1台40MW水电机组%% %2台40MW热电机组% Generator.Norm=[5 0.01 5 0.01 10 0.02 20 0.015 20 0.015 20 0.015 20 0.015 20 0.025 40 0.02 40 0.03 40 0.03]; save('process.mat'); % 3.2MC抽样机组确定机组状态 % 3.2.1计算含风电场的RBTS可靠性 % 共有7类机组,常规机组状态在StateNorm【出力概率】元胞数组中,风电状态在StateFORWeibull6【出力概率】 I=0 %I用来记录发生却负荷的次数 sumDNS=0; DNS=zeros(200000,1); K=rand(200000,12);%1-11常规12风电 pwind=zeros(200000,1); for k=1:200000 Pout=zeros(12,1); %得到一次抽样常规机组状态 fori=1:11 if K(k,i)>Generator.Norm(i,2) Pout(i)=Generator.Norm(i,1); else Pout(i)=0; end end

配电系统可靠性准则及规定

配电系统可靠性准则及规定 一、电力系统可靠性准则的一般概念 所谓电力系统可靠性准则,就是在电力系统规划、设计或运行中,为使发电和输配电系统达到所要求的可靠度满足的指标、条件或规定,它是电力系统进行可靠性评估所依据的行为原则和标准。 电力系统可靠性准则的应用范围为发电系统、输电系统、发输电合成系统和配电系统的规划、设计、运行和维修工作。 电力系统可靠性准则考虑的因素一般有:①电力系统发、输、变、配设备容量的大小;②承担突然失去设备元件的能力和预想系统故障的能力;③对系统的控制、运行及维护;④系统各元件的可靠运行;⑤用户对供电质量和连续性的要求;⑥能源的充足程度,包括燃料的供应和水库的调度;⑦天气对系统、设备和用户电能需求的影响等。其中①、②、⑥等因素可由规划、设计来控制,其余各因素则反映在生产运行过程之中。 电力系统可靠性准则按其所要求的可靠度获取的方法、考虑的系统状态过程及研究问题的性质不同,有以下几种不同的分类方法: 1.1. 概率性准则和确定性准则 电力系统可靠性准则按其要求的可靠度获取的方法,分为概率性准则和确定性准则。 (1)概率性准则。它是以概率法求得数字或参量来表示提供或规定可靠度的目标水平或不可靠度的上限值,如电力(电量)不足期望值或事故次数期望值。因此,概率性准则又称为指标或参数准则。此类准则又被构成概率性或可靠性评价的基础。 (2)确定性准则。它采取一组系统应能承受的事件如发电或输电系统的某些事故情况为考核条件,采用的考核或检验条件往往选择运行中最严重的情况。考虑的前提是如果电力系统能承受这些情况并保证可靠运行,则在其余较不严重的情况下也能够保证系统的可靠运行。因此,确定性准则又称为性质或性能的检验准则。此类准则是构成确定性偶发事件评价的基础。

大型数据中心供配电系统设计分析

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/e816709516.html, 大型数据中心供配电系统设计分析 作者:方来留 来源:《中国科技博览》2016年第16期 [摘要]大型数据中心在运行的过程中出现的主机停止运行故障和电源系统应用本身之间存在密切的关联。为了充分保证大型数据中心供电配电系统应用的安全、可靠、稳定,需要有关人员严格参照相关规范来对大型数据中心配电系统进行详细的规划和安排。文章在阐述大型数据中心对供电配电系统要求和设计具体方法的基础上指出数据中心配电系统需要根据不同用电、供电需要,在供电电源、供电系统安排和供电配电系统结构形式等方面采用相应的系统设计技术措施,从而在电力系统应用的同时尽可能地节省电能。 [关键词]大型数据中心;配电供电系统;设计 中图分类号:TN9874 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)16-0020-01 近几年,在计算机技术、网络技术的快速发展下,各个事业单位对信息的需求增加,由此加快了大型数据中心的建设。大型数据中心能够批量管理和存储数据信息资源,从而为企业、事业单位的发展提供全方位的信息服务。同时,大型数据中心的形成也进一步提升了数据信息应用的安全性、有效性,在某种程度上为云计算和虚拟化技术的发展应用奠定了硬件基础设施的支持。由此可见,大型数据中心供配电系统设计是十分必要的,文章对此进行分析。 一、大型数据中心供配电系统设计的原则 大型数据中心供电配电系统的设计需要依照国家和相关行业标准进行,并要充分考虑大型数据中心用电负荷密度较大、供电要求可靠性强的问题,根据实际选择适合的供配电技术措施。大型数据中心供电配电系统的设计需要遵循分区、分级的原则,在同一个功能区域内保证各个数据设备供电的稳定可靠,同时要将大型数据配电供电系统故障的局部影响控制在最小的范围内。 二、大型数据中心供配电的用电负荷 大型数据中心供配电的用电负荷可以分为两个层次,包含UPS负荷的输出和系统变配电负荷。其中,大型数据中心变配电系统负荷UPS设计的依据是UPS负荷的输出。 (一) UPS负荷的输出的统计 在系统负荷设备明确的情况下,UPS负荷的输出的统计按照设备的数据信息统计。具体的负荷不明确的情况下,需要根据设备机柜能够平均产生的负荷来进行统计计算。如果大型数据中心设备机柜的数量不明确,可以根据机房的实际面积来计算和估计平均负荷。

发电系统可靠性研究

发电系统可靠性研究 发表时间:2019-11-12T14:23:01.543Z 来源:《基层建设》2019年第22期作者:齐芸芸[导读] 国网山西省电力公司 030032 电力系统可靠性包括两个方面的内容:即充裕度和安全性。充裕度是指电力系统有足够的发电容量和足够的输电容量,在任何时候都能满足用户的峰荷要求,表征了电网的暂态性能。安全性是指电力系统在事故状态下的安全和避免连锁反应而不会引起失控和大面积停电的能力,表征了电力系统的动态性能。 电力系统的根本任务是尽可能的经济而可靠的将电能供给各种规模的用户。作为目前最清洁和使用最方便的二次能源,电力在推进社会进步,经济繁荣,提高人民生活质量方面发挥着越来越重要的作用,人们对电力的依赖程度也越来越高。电力系统可靠性的重要性也日益凸显出来。定量评定和改善电力系统可靠性越来越受到人们的重视。 近年来,世界和我国的电力工业状况均发生重大变化,电力系统可靠性技术领域也取得了重要进展。例如,随着竞争机制的引入,许多国家的电力管理体制已经或正在经历空前的变革,向着放松管制的商业化方向发展,如何处理好经济和安全,即使电力系统在适应竞争机制的同时又保持合理的可靠性水平,特别是风力发电及水利发电也要并入电网的情况下,可靠性分析变得更加复杂和棘手;在电力设备和电力工程的设计和建设中如何体现可靠性合理,经济上最优;大规模发输电系统可靠性如何实现可靠性评估;电力系统可靠性管理的广度和深度如何进一步发展;如何提高核电站及其相关联的电力系统可靠性等等是当前的主要问题。由此可见,发电系统可靠性研究的必要性和意义。 1.发展历程 人们是从什么时候开始研究发电系统可靠性问题的呢?最早是在上世纪30年代用概率的方法分析电力系统可靠性,但只限于估计发电系统的备用容量。这种方法在当时并没有得到广泛应用,主要原因是由于数据缺乏且受计算工具的限制,没有可行的可靠性评估技术以及不愿使用概率方法,还有对概率判据、风险指标的意义和重要性理解错误等。直到1948年,美国电机工程学会(American Institute of Electrical Engineers 简称AIEE)创立了概率方法应用分会,才对之前的工作进行了总结,引起了人们较多的注意。 我国在电力系统可靠性评估方面的研究起步较晚,70年代后才着手电力系统可靠性研究。1983年我国成立了中国电机工程学会可靠性专业委员会,同年成立了中国电工技术学会电工产品可靠性研究会。1985年在水利电力部成立了电力可靠性管理中心,开展发电设备、输变电设备、配电设备和系统的可靠性统计工作。一些大学和研究机构也开展了电力系统可靠性的理论研究和教学,取得了不少成果,发表了许多论文和专著。这些都大大推动了我国电力系统可靠性的研究。 进入90年代,我国电力系统可靠性研究和应用有了新的进展,开发出自主版权的评估软件,并得到应用;发电、输变电设备的可靠性统计制度化且开始用于电力企业的管理。1999年6月,中国电力企业联合会成立了电力行业可靠性管理委员会。 2.研究现状 电力系统是一个复杂、动态的系统,习惯上将其分为若干子系统,如:发电系统、输电系统、发输电系统、配电系统和发电厂变电所电气主接线等,这些子系统的功能特点不同,使用的评估方法和采用的可靠性指标也不一样,其完善程度存在着很大的差异。相比之下,发电系统作为电力系统中十分重要的一个环节,发电系统的可靠性研究作为研究重点已较为成熟,国内外都取得了很多应用成果,例如对以下问题的研究:可靠性指标的设定;可靠性指标计算方法的探究以及提高系统可靠性措施的研究,包括:发电系统可靠性分析的随机生产模拟研究,不确定法在发电系统可靠性评估中的应用,发电系统可靠性指标的研究,以及电力市场下的可靠性研究等。尽管在发电系统可靠性方面已取得很多成果,但是对发电系统安全性的评估在国内外仍处于起步和探索阶段。随着社会的发展,用电需求激增,发电机组的装机容量越来越大,过去发电系统可靠性评估模型所使用的两状态模型对大型发电机组的评估结果不能令人满意,因此,建立大型发电机组的多态模型是非常必要的。另外,对发电系统可靠性薄弱环节的识别和各种因果假设分析的研究还不够充分,仍需进一步研究。 现在常用的评估发电系统可靠性的方法主要是解析法和模拟法。其中解析法包括:电力不足概率法(LOLP);电量不足概率法(LOEP);频率及持续时间法(F﹠D);电力不足期望值法(LOLE)。以上四种方法的共同特点是:组件及系统的寿命过程均用数学模型表示,可靠性指标可以通过求解数学模型的方法得到。其特点是:物理概念清晰,逻辑关系明确,模型精度高。但是当系统很复杂时,用解析法构造模型十分困难,而且计算量也会随系统的规模呈指数关系增长,所以,解析法在系统庞大时会受到限制。解析法在美国、加拿大、英国等地区的应用比较广泛。 模拟法,又叫蒙特卡罗法。模拟法是在计算机上模拟组件或系统寿命过程的一次实际实现,并按照对比模拟过程进行若干时间的观察,估计所求的可靠性指标。其特点是:原理简单,受限因素较少,适用于大型系统的可靠性评估。模拟法虽然也使用数学模型,但是它通过在模型上进行采样试验求得结果,类似于通常的统计实验。它是一种非常灵活的方法,且在处理某些问题时可能是唯一的方法。正是由于其明显的统计性质,它的计算结果不够精确且计算效率不高。模拟法在西欧各国比较流行。 近年来,人工智能技术逐渐渗透到电力系统可靠性评估领域,以弥补常规评估方法的不足。例如,贝叶斯网络方法,它是以概率论为基础的,最显著的特点是:对不确定知识的准确、直观的表示和灵活、快捷的推理。因此,基于贝叶斯网络的方法不仅能方便的表述系统能够提供的容量和负荷需求之间的平衡关系,而且通过高效的贝叶斯网络推理算法有效地计算系统失去负荷的概率和其他各种概率。 在电力控制领域,20世纪60年代初,美国一家小电厂最早使用了计算机控制系统。而在60年代中期,北京西部的高井电站成功研制并安装了全自动数字闭环发电、配电管理系统。电力工作者们很早就想到了要将计算机技术和现代化的科学理论与电力系统可靠性的研究相结合的方法,从而促进电力系统可靠性研究和工程应用的飞速发展。但是当时存在的阻碍很多,因为能满足大型电力系统可靠性评估实际需要的有效算法尚且不多,加上电力系统本身的特点,使电力系统可靠性计算非常复杂。直到林里和伍德等人发表了一批文章,介绍了建立容量模型的递推算法和便于应用数字计算机的负荷模型组合算法以后,这种指标才得到了实际应用。 发电系统的可靠性评估技术相对而言较为成熟,近年来国内国外许多专家、学者一直致力于发电系统的可靠性与计算机技术相结合的研究,虽然面临着许多问题,存在的困难不少,但是未来的发展前途很广阔,也取得了一些工程上应用的成果:不仅开发了发、输电组合系统、高电压配网、中压配网和电站电气主接线可靠性评估软件,在电力系统的相关领域中,电网可靠性规划,电网可靠性改造,可靠性开关优化,配电网可靠性重构都是可靠性在实际中应用的成果。

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