什么是高密度备用电源？

随着数据中心增加机架密度以满足高性能计算(HPC)增长的需求，本已不稳定的电网在处理额外负载时会更加吃力。尽管与近年来相比停电次数减少且严重程度降低，但停电率仍然是一个关键问题。电力仍然是事故的主要原因，影响到金融和医疗保健等行业。2023年，54%的受访者报告重大停电损失超过10万美元，16%的受访者报告损失超过100万美元。

积极的趋势是，组织正在加大对物理基础设施冗余的投资，这有助于减少停电。对高密度备用电源的战略投资对于运营稳定性和弹性至关重要，尤其是在高性能计算需求不断增长的情况下。这些解决方案可确保持续供电，支持人工智能(AI)工作负载的高级冷却，降低电网不稳定风险，并防止运营中断和潜在损失。

了解高密度备用电源

随着数据中心发展成为具有先进计算和AI应用的高密度环境，仅靠传统的备用电源解决方案可能不够用。高密度备用系统，旨在为这些要求苛刻的工作负载提供可靠且响应迅速的电源支持。

高密度备用电源系统在停电期间提供可靠的能量存储和快速的电力输送，确保即使在高峰需求期间也能稳定供电。这些解决方案使数据中心能够管理密集的计算任务并保持运营连续性，同时将停机或性能下降的风险降至最低。

不间断电源：可靠、高密度备用电源的基础

不间断电源(UPS)系统通过在停电期间启动并防止电力波动来稳定电力。这些解决方案即使在停电期间也能保持无缝运行连续性，从而防止数据丢失和硬件损坏。

UPS有哪些不同类型？

UPS系统主要有三种类型。每种类型都具有独特的优势，可满足数据中心环境的特定需求。

后备式UPS

备用UPS或离线UPS提供基本的电源保护。它保持空闲状态，直到检测到电源故障，此时它会切换到电池供电。这种类型适合规模较小、不太重要的应用，在切换过程中可以接受瞬间电源中断。

在线互动式UPS

在线互动式UPS系统无需切换到电池即可纠正轻微的功率波动，从而提供更先进的保护。这种方法可提高效率并延长电池寿命，是需要更好电压调节的中型应用的理想选择。

在线双转换UPS

双转换UPS通过将输入交流电连续转换为直流电然后再转换为交流电，提供最高级别的保护。此过程可消除所有电能质量问题，包括断电、电压骤降、浪涌和噪音。由于它提供不间断电源，因此非常适合高密度电池备用应用，因为即使是短时间的中断也是无法容忍的。

适用于高密度工作负载的先进UPS技术

鉴于技术的快速发展，扩展先进的UPS功能以满足特定数据中心的需求至关重要。领先的UPS系统现在配备了旨在优化效率和提高可靠性的功能。它们提供可扩展的解决方案，以满足高密度计算环境的独特需求。

三相UPS

三相电源UPS系统通过均匀管理电力负载、确保稳定的电力供应和减少停机时间，增强了电力分配。Vertiv先进的三相UPS可以通过逆变器控制算法中和负载谐波，这对于支持连续、高密度计算、优化能源使用和提高效率至关重要。先进的UPS系统还可以提高电能质量，确保为AI驱动的运营提供更清洁、更可靠的电力。

模块化UPS系统

除了三相电源外，模块化UPS系统还具有显著的灵活性。这些解决方案允许在同一UPS框架内逐步添加电源模块，使数据中心能够以最短的停机时间扩展电源保护。此功能可提高整体系统效率和冗余度，同时最大限度地减少初始资本支出，使数据中心更易于适应不断增长的需求。

通过分布式电池配置优化模块化UPS系统

分布式电池设置对于高密度数据中心至关重要，可提供持续供电并提高模块化UPS系统的可靠性。通过在多个独立模块之间分配电池资源，这些设置创建了一种弹性故障安全机制，隔离故障以防止大面积系统故障。这可确保即使某个组件发生故障，整个系统仍能继续高效运行，从而降低停机风险并防止关键基础设施环境中的数据丢失或服务中断。

UPS锂离子电池

锂离子UPS电池提供卓越的电力存储容量，可在空间有限的数据中心提供更高效的备用能源，并增强运行设备空间。它们具有更长的使用寿命和快速充电能力，可最大限度地减少停电之间的停机时间。它们与UPS系统的集成可为高密度数据中心运营提供可靠的不间断电源。

环保模式运行

此外，许多先进的UPS系统都具有一个显著特点，即经济模式运行，它可以平衡电源保护和能源效率。通过在正常情况下绕过电气转换过程，这些系统可以减少能源损失。在电力不稳定时，UPS会快速恢复到有源功率调节以保护关键负载，从而有助于实现可持续性，而不会牺牲可靠性。

电网互动能力

最后，电网互动功能使UPS系统能够通过主动管理电力供应和需求来有效处理高密度工作负载。在提供备用电源的同时，这些系统还与电网互动以调节电力分配。它们与电池储能系统(BESS)等储能技术相结合，可以有效管理电力需求，尤其是对于AI应用而言。

快速频率储备(FFR)

具有电网互动功能的UPS可通过确保在停电或电力需求旺盛期间，同时不间断供电来提供快速频率响应(FFR)等电网服务。这可确保稳定运行和不间断服务，对于处理密集型AI工作负载的数据中心尤其重要。

需求管理

先进的UPS系统提供需求管理或峰值调节功能，在高需求期间减少电网的电力消耗并缓解压力。在这些高峰时段，UPS会切换到BESS作为额外的分布式能源(DER)，利用存储的能量来支持高密度工作负载并防止电力中断或波动。将BESS与UPS相结合可防止过载，确保卓越运营和电网独立性。

在线双转换UPS：高密度电源的峰值效率和保护

配备先进技术的在线模块化UPS是高密度数据中心环境的最佳解决方案。其连续的电源转换过程可实现稳定可靠的无间断电源供应。这种UPS配置可以消除断电、电压骤降、浪涌和谐波失真等电能质量问题，这对于在高密度计算环境中保持敏感设备的完整性至关重要。

这些UPS系统采用模块化设计，可提供可扩展性，使数据中心能够随着规模的增长调整电源保护，同时最大程度地减少重大停机时间或投资。为了获得可靠、高效的电源保护，采用最新技术的双转换UPS可以成为可靠的解决方案。

高密度备用电源的多种技术

不间断电源是确保不间断供电的关键。已经开发了几种附加技术来增强这些系统的功效，特别是在需要高密度备用电源的情况下。每种技术都有自己的一套专门优势，补充了UPS系统的核心功能，并为保持电力连续性提供了强大的解决方案。

飞轮储能

飞轮储能系统可以为UPS系统提供一种先进的选择，可以立即对波动的功率做出响应，并且磨损率比传统电池更低。

● 提供即时能量。

● 完美地弥补差距，直到备用发电机启动。

● 确保数据中心不间断供电。

● 飞轮只需要极少的维护并且可以持久耐用，从而提高数据中心能源解决方案的可靠性和运营效率。

超级电容器

超级电容器，也称为超电容器，是一种通过在多孔电极上积累电荷来工作的高容量储能设备。它们提供快速充电和放电功能，并具有可靠的循环寿命，使其成为需要频繁电源波动的应用的理想选择。一些用于HPC工作负载的设备具有内置超级电容器，可在停电期间提供短期电源备份。

发电机系统

发电机系统或备用发电机用于应急能源供应，传统上通过燃烧将燃料转化为电能。在人口密集地区，停电可能导致严重后果，只要有燃料，它们就可以在公用电源故障期间提供能源供应，以保持运营正常运转。这种设置在数据中心尤其常见。

数据中心运营的一个日益增长的趋势是尽量减少柴油发电机的启动和使用。这一举措旨在减少企业的碳足迹，并解决范围1排放的高成本和环境影响。数据中心正致力于减少对化石燃料的依赖，提高效率，以实现环境和财务目标。通过利用氢燃料电池等技术创新，该战略确保了可靠的电力供应，同时促进了环境责任。

燃料电池

燃料电池高效可靠地将能量化学转化为电能，是高密度数据中心的理想选择，这些数据中心需要持续供电才能确保运行可靠性。在不同类型的燃料电池中，质子交换膜(PEM)燃料电池使用氢作为燃料源，并采用固体聚合物电解质，而固体氧化物燃料电池(SOFC)使用陶瓷化合物，工作温度要高得多。

燃料电池的能源效率超过60%，超过了效率仅为30%的柴油发电机。使用氢气时，唯一的副产品是水和热，符合脱碳目标。数据中心可以进一步利用燃料电池逐步淘汰备用发电机并减少碳排放，从而支持行业脱碳目标。

容量增长已成为数据中心行业面临的持续挑战，而这种增长可能会导致温室气体排放增加，从而加剧气候变化。但许多设施都有机会减少排放。

电池储能系统（BESS）

BESS在电力供应超过需求时储存电力，并在高峰时段或停电时释放电力，这对于高密度数据中心至关重要。它可以快速应对电力短缺，提高能源供应的稳定性和可靠性，减少停机时间并提高能源效率。

数据中心可以利用BESS来延长使用太阳能和风能等可再生能源的正常运行时间，为实现碳减排和促进电网独立奠定基础。将BESS与UPS系统集成可为需要一致、可靠且经济高效的备用电源的高性能计算工作负载提供全面的电源解决方案。

高密度备用电源的设计考虑因素

实施高密度备用电源系统需要周密的规划和策略。IT和设施团队会考虑多种因素，以实现这些系统的最佳设计和实施：

容量规划：确定适当的系统容量需要对当前和未来的电力需求有细致的了解，并考虑峰值需求和增长预测。

冗余配置：构建冗余有助于降低单点故障影响整个系统的风险，从而可能提供更连续的运行并提高整体可靠性。N+1、N+2或2N等配置提供不同级别的故障转移保护。

冷却和通风：高密度系统会产生大量热量，因此需要有效的冷却解决方案来保持运行完整性并延长系统寿命。

空间效率：由于物理空间有限，优化备用电源系统的布局和集成至关重要。

维护和监控：确保高密度备用电源的可靠性需要定期维护和密切监控。这包括例行检查、执行负载测试和监控系统性能以防止故障。适当的维护可确保最佳功能并延长备用电源系统的使用寿命。

释放不间断电源的卓越性能

改造电力基础设施，以满足AI应用的特定需求。使用强大的备用电源解决方案确保您的关键系统不间断运行，这些解决方案旨在处理高计算负载并在断电期间提供无缝过渡。

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