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要充分了解分布式電池UPS系統的重要性和功能，深入了解其工作原理和優勢至關重要。了解這些系統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，保障運營連續性。繼續閱讀，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系統通過維持電能質量、保護電子設備免受電網不穩定的影響以及確保關鍵應用的不間斷服務，在保障工業運營方面發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應用的架構，尤其是那些運行大型設施的架構。UPS系統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。

單片UPS系統

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的一部分運行。雖然它可以是并聯或雙總線系統的一部分，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

模塊化UPS系統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

當電網發生故障時，電池對電力系統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電機等長期備用能源存儲源，從而保持不間斷的IT操作。業主和運營商選擇不同的UPS系統支持選項，具有不同的優勢和權衡。

集中式電池架構

UPS系統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，無法在單個系統中與分布式電池配合使用。這種架構僅與模塊化UPS系統兼容。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依賴性比較

分布式電池增強了模塊化UPS系統的優勢，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系統具有許多優勢，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之間發生短路時，分布式電池系統的效率更高。由于環境因素、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關閉，確保不受影響的負載持續供電。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可用性和容錯能力。

電池故障隔離

UPS系統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。可能會發生絕緣損耗、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

當集中式電池系統中的電池柜發生故障時，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，這種冗余只能持續較短的時間。

相反，在機柜發生故障時，分布式系統中的負載繼續通過電池滿載供電，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

在集中式電源系統設置中，每個BCB必須處理“N-1”串的電流，或者當系統繼續以全容量運行時，即使一個串發生故障。當一個串發生內部短路時，所有其他電池串將堅持支持發生故障的串，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。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生。

可用性和系統可靠性

分布式電池設置具有維護優勢，特別是在BCB安裝方面。集中式電池系統存在一個關鍵漏洞，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供電。該系統可提高電力可靠性、減少中斷、優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系統中單獨控制每個BCB。

總結

分布式電池系統提供強大的解決方案，與集中式系統相比，具有更好的容錯性、可用性和成本節省。它們擅長隔離故障、確保不間斷供電并降低全系統停機的風險。通過管理跨獨立機柜的電池模塊，這些系統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。