ES2920299T3 - Virtualización de energía para centros de datos, entornos de telecomunicaciones e infraestructuras equivalentes - Google Patents
Virtualización de energía para centros de datos, entornos de telecomunicaciones e infraestructuras equivalentes Download PDFInfo
- Publication number
- ES2920299T3 ES2920299T3 ES18723021T ES18723021T ES2920299T3 ES 2920299 T3 ES2920299 T3 ES 2920299T3 ES 18723021 T ES18723021 T ES 18723021T ES 18723021 T ES18723021 T ES 18723021T ES 2920299 T3 ES2920299 T3 ES 2920299T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- power
- unit
- bus
- external
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
- H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
- G06F1/263—Arrangements for using multiple switchable power supplies, e.g. battery and AC
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
- G06F1/28—Supervision thereof, e.g. detecting power-supply failure by out of limits supervision
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q1/00—Details of selecting apparatus or arrangements
- H04Q1/18—Electrical details
- H04Q1/28—Current-supply circuits or arrangements for selection equipment at exchanges
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
- H05K7/1485—Servers; Data center rooms, e.g. 19-inch computer racks
- H05K7/1488—Cabinets therefor, e.g. chassis or racks or mechanical interfaces between blades and support structures
- H05K7/1492—Cabinets therefor, e.g. chassis or racks or mechanical interfaces between blades and support structures having electrical distribution arrangements, e.g. power supply or data communications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/20—Pc systems
- G05B2219/26—Pc applications
- G05B2219/2639—Energy management, use maximum of cheap power, keep peak load low
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/10—The dispersed energy generation being of fossil origin, e.g. diesel generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Exchange Systems With Centralized Control (AREA)
Abstract
La presente invención está relacionada con un hardware desarrollado para permitir la virtualización de la potencia y, por lo tanto, traer cambios en el mercado de centros de datos. Este nuevo concepto, único en la industria, ofrece el enlace perdido para responder a los desafíos múltiples y contradictorios que enfrentará la industria en la gestión del poder. El concepto de un paquete de potencia montado en el bastidor del tamaño de cargas promedio, está permitiendo el afeitado máximo y la utilización de microrredes. La combinación de fuentes de energía renovables y conexiones de red permite ahorrar costos al tiempo que aumenta la resistencia de la infraestructura general. El llamado “ fusión de potencia “ opera como una doble conversión descentralizada UPS con todas las ventajas de la arquitectura centralizada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Virtualización de energía para centros de datos, entornos de telecomunicaciones e infraestructuras equivalentes
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una nueva tecnología de alimentación de respaldo dirigida a centros de datos, a entornos de telecomunicaciones y a infraestructuras equivalentes, y la cual es una combinación de tecnología de SAI ECI™, también denominada y patentada como TSI™, de microrredes y de virtualización de energía.
Antecedentes
La construcción de infraestructuras modernas para centros de datos, sin incluir los equipos de TIC con los que cuentan, puede costar cientos de millones de dólares. La mayor parte de este coste es destina a los sistemas eléctricos y mecánicos, que distribuyen potencia y enfriamiento a los servidores, al sistema de almacenamiento y a los dispositivos de red. Entre los parámetros que definen la capacidad del centro de datos, la potencia suele ser la primera en agotarse debido a la limitación de carga en la red eléctrica y a la creciente densidad de potencia de la informática.
La potencia queda varada en casi todos los centros de datos. La administración de los centros de datos tiene que hacer frente al desafío de tener disponible la potencia necesaria en los servidores implementados en el momento adecuado. Es habitual tener aprovisionada de más una potencia de servidor asignada, lo que da como resultado una capacidad de potencia varada. La recuperación de potencia varada permite a una organización prolongar la vida útil de su centro de datos, evitando así el CAPEX y el tiempo necesario para una mejora importante o la construcción de una nueva instalación.
En la actualidad, las redes de telecomunicaciones y los centros de datos buscan centrarse en el software. La transformación ya está en marcha mediante la implementación de funciones virtuales para su ejecución en hardware básico. Además, los futuros sistemas de alimentación de respaldo deben ser lo suficientemente inteligentes como para hacer frente a la carga de trabajo en constante cambio y evolución dentro de la infraestructura. La virtualización de las tareas de TIC hace que la fiabilidad de los equipos de alimentación sea aún más rigurosa, mientras que las fuentes de alimentación no son necesariamente estables ni están disponibles en todo momento.
Las demostraciones e implementaciones de microrredes han demostrado la capacidad de las microrredes de proporcionar una mayor fiabilidad y una mayor calidad de alimentación frente a los sistemas de alimentación de servicios públicos y una mejor utilización de la energía. Las redes inteligentes también permiten un uso más eficiente de la electricidad, reduciendo las pérdidas derivadas de la entrega y fomentando un comportamiento energético más eficiente por parte de los clientes.
La combinación de infraestructuras de microrredes con los últimos desarrollos en conversión de energía permite hacer frente a los desafíos de sostenibilidad de los centros de datos junto con la disponibilidad de potencia y la flexibilidad de la infraestructura, necesarias para poder hacer negocios de forma fiable y rentable.
El solicitante de la presente solicitud diseña, fabrica y comercializa una gama de productos para operadores industriales con aplicaciones esenciales para sus misiones, los cuales no están satisfechos con el rendimiento de los sistemas de respaldo de CA existentes, ni con los costes de mantenimiento relacionados.
En particular, el solicitante ya comercializa el denominado módulo ECI™ (siglas en inglés para Enhanced Conversión Innovation o "innovación para conversiones mejoradas"), que es un enrutador de energía que ofrece una innovadora solución de respaldo de CA que es diferente a otros SAI.
Para asignar mejor los recursos de potencia y hacer uso de la energía varada, el solicitante ha desarrollado este enrutador de energía que proporciona a la administración de los centros de datos una herramienta para dirigir la alimentación hacia los servidores apropiados según vaya aumentando la demanda. El enrutador de energía anterior, en realidad, permite a la persona capacitada construir una estructura de alimentación utilizando varias fuentes de alimentación de CA y CC. El diseño modular de este enrutador de energía permite a los operadores de centros de datos brindar la capacidad de utilizar un dispositivo multifuente y multidireccional para asignar potencia donde sea necesaria o donde tenga más sentido y, en particular:
- maximizando el tiempo de actividad de las aplicaciones del operador;
- operando con el OPEX más bajo;
- proporcionando la mejor protección frente a las perturbaciones;
- optimizando el espacio ocupado.
Como se muestra en la figura 1, cada módulo ECI 1 tiene una entrada bidireccional de CA 2 y una entrada bidireccional de CC 3 y proporciona una salida de onda sinusoidal pura 4 que también es bidireccional.
ECI™ es una tecnología modular de SAI que presenta:
- cero puntos únicos de fallo;
- un MTBF alto;
- una redundancia verdadera;
- la mejor protección de su clase frente a las perturbaciones; y
- cero necesidades de mantenimiento (o tecnología libre de mantenimiento).
ECI™ está protegido bajo el documento de patente US 8.044.535 B2.
Técnica anterior
El documento US 2015/061384 A1 divulga que, en un centro de datos que tiene varias zonas de recursos, cada una de las zonas cuenta con un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) y elementos de almacenamiento de potencia asociados, como baterías. Se puede proporcionar un bus de alimentación entre las zonas de recursos para conectar las salidas de los elementos de almacenamiento de potencia de las zonas de recursos. Por tanto, los elementos de almacenamiento de potencia pueden compartirse entre los SAI, de modo que una zona de recursos individual pueda funcionar durante más tiempo en condiciones anómalas.
El documento US 2008/030078 A1 divulga un aparato y un método asociado, así como productos de programas informáticos que implican una arquitectura de distribución de potencia ininterrumpida altamente eficiente para soportar unidades de procesamiento modulares. Como ejemplo ilustrativo, una unidad de procesamiento modular incluye un sistema de alimentación ininterrumpida correspondiente en el que solo se produce una rectificación de CA a CC entre la red de CA de la red pública y las cargas del circuito de procesamiento (p. ej., un microprocesador). En una instalación ilustrativa de un centro de datos, una arquitectura de distribución de potencia incluye una matriz modular de unidades de procesamiento para montaje en armario, cada una de las cuales tiene circuitos de procesamiento para gestionar tareas de procesamiento relacionadas con la red. En asociación con cada unidad de procesamiento modular hay un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) para suministrar potencia de funcionamiento a los circuitos de procesamiento de red. Cada SAI incluye una batería que se puede conectar selectivamente a través de un bus de CC y un rectificador de CA a CC que convierte una tensión de entrada de CA en una tensión de salida única en el bus de CC. La tensión del bus de CC regulada puede estar cerca de la tensión completamente cargada de la batería.
En el documento US 2011/018342 A1, la necesidad de una fuente de alimentación ininterrumpida (SAI) en un centro de datos se evita conectando una tensión de CC de una fuente de alimentación de respaldo directamente a las placas base de varios servidores en el centro de datos. La alimentación de CA recibida de un servicio de energía eléctrica se convierte en una tensión más baja mediante un transformador del sitio y luego se proporciona a una o más unidades de distribución de potencia en un sitio. Las unidades de distribución de potencia suministran potencia a una pluralidad de servidores, los cuales incluyen fuentes de alimentación que convierten la energía eléctrica de CA en energía eléctrica de CC para que la utilicen las placas base de los servidores. En caso de un fallo de alimentación por parte del servicio de energía eléctrica, la fuente de alimentación de respaldo proporciona energía eléctrica de CC a las placas base, p. ej., durante el tiempo suficiente para poner en marcha un generador que suministre potencia en lugar del servicio de energía eléctrica.
En el documento Uninterruptible power supply systems: The modular approach, © Copyright 2013 ABB, se divulga un SAI modular, una protección de potencia distribuida con cadena de servidores con fuente de alimentación doble (un sistema SAI por cadena) y una protección de potencia centralizada (así como una fuente de alimentación doble).
El documento US 2007/0217178 A1 divulga un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) modular que incluye una pluralidad de módulos de componentes del sistema SAI, cada uno configurado para disponerse en al menos un armario de equipo, teniendo cada uno de los módulos de componentes del sistema SAI al menos un cable de alimentación flexible que se extiende desde el mismo y que tiene un primer conector enchufable en un extremo del mismo. El sistema también incluye un conjunto de interconexión de alimentación modular configurado para conectarse a al menos un armario de equipo, incluyendo el conjunto de interconexión de alimentación modular una carcasa, una pluralidad de barras colectoras colocadas dentro de la carcasa, y una pluralidad de segundos conectores colocados en una cara de la carcasa, conectados eléctricamente a la pluralidad de barras colectoras y configurados para coincidir al enchufarse con los primeros conectores para proporcionar una interconexión eléctrica entre la pluralidad de módulos de componentes del sistema SAI.
El documento US 2008/129120 A1 divulga un dispositivo para controlar un acondicionador de potencia monofásico para un sistema de energía renovable. El dispositivo comprende: un sistema de alimentación, el cual suministra potencia de uso general de corriente alterna (CA); un sistema de energía renovable, el cual utiliza un recurso natural para generar alimentación de corriente continua (CC); un convertidor de CC a CC, el cual acepta la alimentación de CC generada por el sistema de energía renovable para convertir una tensión de CC de entrada de la alimentación de CC en una tensión de CC de salida a un nivel de tensión diferente de la tensión de entrada de CC; un acondicionador de potencia conectado a la red, el cual transforma los niveles de tensión de la alimentación de CA y la alimentación de CC; un controlador, el cual emite una señal de control para controlar el acondicionador de potencia conectado a la
red; y una carga, la cual consume electricidad a través del acondicionador de potencia conectado a la red.
El documento US 2016/006247 A1 divulga un método de alimentación, que incluye: rectificar una segunda corriente alterna y convertir la segunda corriente alterna en una segunda corriente continua de alta tensión; cuando la segunda corriente continua de alta tensión es anormal, introducir una tercera corriente continua de alta tensión en un módulo CC/CC; cuando la segunda corriente continua de alta tensión es normal, introducir la segunda corriente continua de alta tensión en el módulo CC/CC; y convertir, mediante el módulo CC/CC, la segunda corriente continua de alta tensión o la tercera corriente continua de alta tensión en una corriente continua de alta tensión para su salida.
Objetos de la invención
La presente invención tiene como objeto proporcionar una solución fiable a los fallos de infraestructura relacionados principalmente con el riesgo de apagón eléctrico.
En particular, la invención tiene como objeto combinar tecnología SAI eficiente, microrredes y virtualización de energía bajo la forma del denominado concepto "PowerFusión" (fusión de energías eléctricas).
Aún más particularmente, la invención tiene como objeto hacer que la infraestructura sea verdaderamente resistente, y ahorrar dinero al mismo tiempo. La combinación de fuentes de alimentación comerciales y microrredes podría hacer que el sistema de entrega de potencia sea menos vulnerable, por ejemplo, a los ataques terroristas y a desastres naturales, restablecer la potencia más rápidamente después de una interrupción y hacer que los servicios esenciales sean menos vulnerables mientras se interrumpe la entrega de energía eléctrica convencional. La cogeneración también suele ser una forma eficiente de generar electricidad y calor para ahorrar dinero y reducir la huella de carbono. La implementación de una microrred requiere financiación, además de ingeniería energética. No se trata simplemente de comprar un nuevo generador de tipo maleta y un disyuntor.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un centro de datos, a un entorno de telecomunicaciones o a una infraestructura equivalente, que comprende:
- un primer bus de alimentación de CA externo alimentado por una primera red de CA y un segundo bus de alimentación de CA externo alimentado por una segunda red de CA;
- una pluralidad de unidades de servidor vinculadas por cadena que proporcionan recursos informáticos, teniendo cada unidad de servidor una primera conexión de entrada de CA al primer bus de alimentación de CA externo y una segunda conexión de entrada de CA al segundo bus de alimentación de CA externo, conectando en serie cada uno de dicho primer bus de alimentación de CA externo y dicho segundo bus de alimentación de CA externo todas las unidades de servidor vinculadas en la cadena,
- al menos una unidad de alimentación ininterrumpida, abreviada como unidad SAI, que actúa como un satélite de alimentación de respaldo conectado al primer bus de alimentación de CA externo y al menos una unidad SAI que actúa como un satélite de alimentación de respaldo conectado al segundo bus de alimentación de CA externo, pudiendo proporcionar cada uno de los satélites de alimentación de respaldo una potencia de funcionamiento a los recursos informáticos de cada una de las unidades de servidor vinculadas en la cadena, y
- un bus de alimentación interno o intersatelital dedicado no alimentado directamente por las redes de CA primera y segunda, para alimentar los dichos satélites de alimentación de respaldo, de modo que el valor de la alimentación de CC suministrada a dichos satélites de alimentación de respaldo puede variar de un satélite a otro,
caracterizado por que el centro de datos, el entorno de telecomunicaciones o la infraestructura equivalente comprende un medio de control inteligente capaz de identificar la aparición de una demanda de pico de potencia local en una unidad de servidor particular y de ordenar al menos a un satélite de alimentación de respaldo que tiene una reserva de potencia que comparta al menos parte de su reserva de potencia con esta unidad de servidor local a través del bus de alimentación interno, mientras mantiene estable la tensión en el bus de alimentación interno y/o en un intervalo aceptable.
En el contexto de la invención, el centro de datos comprende una serie de servidores de TIC vinculados por cadena que están provistos individualmente de satélites (armarios) de alimentación de respaldo. Los servidores están alimentados por fuentes de CA externas a través de buses (redundantes) de CA "externos". El bus de alimentación "interno" o intersatelital dedicado de acuerdo con la invención no está alimentado directamente por las fuentes de CA externas, sino que es interno respecto al sistema del centro de datos.
La parte de la reserva de potencia de un satélite disponible para compartir es la alimentación de CC almacenada en la batería (del SAI), pero también puede verse como la diferencia (margen) entre la potencia de salida nominal del satélite y la potencia de salida real entregada por el satélite.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, el centro de datos, el entorno de telecomunicaciones o la infraestructura equivalente comprende, además, una de las siguientes características o una combinación adecuada de las mismas:
- el bus de alimentación interno es un bus de alimentación de CC o un bus de alimentación de CA;
- el bus de alimentación de CC interno está conectado a una o más fuentes de energía renovable o a una unidad de almacenamiento de energía de CC;
- la unidad de almacenamiento de energía de CC comprende una o más baterías;
- el bus de alimentación de CC interno es un bus de alimentación HVDC de 380 V o 600 V, y/o la alimentación de CC suministrada o almacenada en el satélite de alimentación de respaldo es una alimentación de CC de 48 V, posiblemente a través de un convertidor de CC/CC intermedio;
- el satélite de alimentación de respaldo es una unidad SAI bidireccional, que tiene una entrada de CA, una salida de CA y una entrada de CC, pudiendo conectarse dicha entrada de CC a un bus de alimentación de CC interno o a una fuente de energía de CC o unidad de almacenamiento para proporcionar una potencia temporal a la unidad SAI;
- una unidad de almacenamiento de CC se proporciona localmente en cada satélite, con una tensión de CC nominal que puede ser diferente de una célula de potencia a otra;
- unas unidades de alimentación auxiliar central primera y segunda están conectadas al primer bus de alimentación de CA externo y al segundo bus de alimentación de CA externo respectivamente, las cuales pueden reemplazar, cuando sea necesario, la primera red de CA y la segunda red de CA respectivamente, gracias a un conmutador de transferencia automática;
- la salida de CA y la entrada de CA de una primera unidad SAI centralizada están conectadas en el primer bus de alimentación de CA externo a cada unidad de servidor en una cadena y a la primera red de CA o a una primera unidad de alimentación auxiliar central respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la primera unidad SAI centralizada al bus de alimentación de CC interno, y la salida de CA y la entrada de CA de una segunda unidad SAI centralizada están conectadas en el segundo bus de alimentación de CA externo a cada unidad de servidor en la cadena y a la segunda red de CA o a una segunda unidad de alimentación auxiliar central respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la segunda unidad SAI centralizada al bus de alimentación de CC interno; - cada unidad de servidor vinculado por cadena está asociada a una primera unidad de SAI local cuyos terminales de CA están conectados en el primer bus de alimentación de CA externo entre la primera entrada de CA de dicha unidad de servidor y la primera red de CA o una primera unidad de alimentación auxiliar central, y a una segunda unidad de SAI local cuyos terminales de CA están conectados en el segundo bus de alimentación de CA externo entre la segunda entrada CA de dicha unidad de servidor y la segunda red de CA o una segunda unidad de alimentación auxiliar, estando cada una de la entrada de CC de la primera y de la segunda unidad SAI conectada a un bus de alimentación de CC intersatelital;
- comprende, adicionalmente, un módulo convertidor de CC/CC bidireccional local alimentado por batería asociado a dicha unidad de servidor vinculada por cadena a través del bus de alimentación de CC intersatelital, a fin de permitir un almacenamiento de energía local para reducir los picos de potencia;
- la salida de CA y la entrada de CA de una primera unidad SAI centralizada están conectadas en el primer bus de alimentación de CA externo a cada unidad de servidor en una cadena y a la primera red de CA o a una primera unidad de alimentación auxiliar central respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la primera unidad SAI centralizada al bus de alimentación de CC interno, y la salida de CA y la entrada de CA de una segunda unidad SAI centralizada están conectadas en el segundo bus de alimentación de CA externo a cada unidad de servidor en la cadena y a la segunda red de CA o a una segunda unidad de alimentación auxiliar central respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la segunda unidad SAI centralizada al bus de alimentación de CC interno, y la entrada de CA y la salida de CA de una unidad SAI local están conectadas en paralelo en el primer bus de alimentación de CA externo en la primera entrada de CA y en el segundo bus de alimentación de CA externo en la segunda entrada de CA de cada unidad de servidor respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la unidad SAI local a una unidad de almacenamiento de energía de CC como una batería de iones de litio, para así lograr reducir los picos de potencia;
- la unidad SAI local recibe órdenes por parte del medio de control inteligente para lograr un equilibrio de potencia entre el primer bus de alimentación de CA externo y el segundo bus de alimentación de CA externo;
- las unidades de servidor están distribuidas en dos cadenas;
- la potencia máxima sostenida por cada unidad de servidor se multiplica por la potencia nominal;
- las redes de CA primera y segunda son fuentes de CA de n fases, donde n = 1,2 o 3;
- los buses de alimentación de CA externos primero y segundo son buses de alimentación de CA de n fases, donde n = 1, 2 o 3.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 representa esquemáticamente un bloque de construcción para la fuente de alimentación del centro de datos de acuerdo con la presente invención, bajo la forma de un módulo de enrutador de energía multidireccional ECI™.
La figura 2 representa físicamente un módulo ECI™.
La figura 3 representa esquemáticamente la vista del concepto Power Fusión de acuerdo con la presente invención.
La figura 4 representa esquemáticamente el uso de un anillo HVDC en una PF con fuentes de alimentación
alternativas.
La figura 5 representa esquemáticamente un satélite de Power Fusión (PFS, por sus siglas en inglés).
La figura 6 representa esquemáticamente la estructura de malla del concepto de PF.
La figura 7 representa esquemáticamente la infraestructura del centro de datos en función del módulo único mencionado anteriormente.
La figura 8 representa esquemáticamente una realización de la presente invención correspondiente a un centro de datos centralizado (centro de datos "C").
La figura 9 representa esquemáticamente una realización de la presente invención correspondiente a un centro de datos descentralizado (centro de datos "D").
La figura 10 representa esquemáticamente una realización de la presente invención correspondiente a un centro de datos mixto (centro de datos "M").
Descripción detallada de la invención
Sobrecargar la infraestructura de alimentación para un alto percentil de las necesidades, en lugar de para picos ocasionales, se está volviendo más atractivo. El uso de baterías descentralizadas para suministrar temporalmente la carga para suprimir los picos permite un aprovisionamiento insuficiente agresivo de la distribución de potencia en el centro de datos. También libera la potencia varada en aplicaciones de tipo brownfield.
Al mismo tiempo, la conexión de paquetes de alimentación descentralizados a través de un bus HVDC ofrece un mecanismo para evitar la escasez local mediante la mutualización de los recursos de almacenamiento, los cuales tienen tensiones nominales, autonomía, tecnología o incluso un estado de obsolescencia diferentes.
El concepto de Power Fusión (PF) se muestra esquemáticamente en la figura 3. Hoy en día, los centros de datos comprenden servidores TIC 5 que suelen estar provistos de armarios o "satélites" de alimentación de respaldo 11, 12 individuales. La idea de la invención es alimentar todos estos armarios de respaldo individuales con y en una red eléctrica de CC (o CA) 13 (p. ej., flujo de alimentación de CC en un bus de CC de 380 V o 600 V). En esta configuración, los satélites pueden estar dispuestos ventajosamente alejados los unos de los otros, p. ej., hasta una distancia de 100 metros.
De acuerdo con el principio de la invención, cada servidor 5 que no funcione a plena potencia tendrá una capacidad de potencia no utilizada o varada y pondrá esta capacidad de potencia no utilizada a disposición de los otros servidores 5 conectados, p. ej., a través de un bus de CC de 380 V. Como se ha mencionado anteriormente, por lo general, la capacidad de alimentación está sobredimensionada y dicha capacidad de alimentación de reserva siempre existe en cualquier sistema de alimentación existente. Los dispositivos de control inteligente (no mostrados) permitirán entonces que los satélites 11, 12 se comuniquen entre sí y asignen alimentación de reserva a aquellos que la necesiten. La novedad consiste en proporcionar una tecnología que identifique una demanda de pico de potencia local de un servidor en particular y comparta con este servidor local la potencia de reserva almacenada en una o más células de energía conectadas al servidor en la red eléctrica.
Las implementaciones de microrredes han demostrado su capacidad para proporcionar una mayor fiabilidad y una mejor calidad de alimentación en comparación con los sistemas de alimentación de servicios públicos y una mejor utilización de la energía. El concepto de microrred aprovecha la redundancia y la diversidad de las fuentes de energía para ofrecer dicha robustez y resistencia que reducen la fiabilidad del almacenamiento de la batería. Algunos estudios (Universidad de Texas en Austin) han demostrado que, con una disponibilidad de red de tres nueves, se debe requerir un respaldo de batería de hasta cuatro horas para obtener una disponibilidad de cinco nueves en infraestructuras de misión esencial apoyándose en generadores solo para su respaldo.
Una variedad de fuentes de energía interconectadas en un bus HVDC (fuentes renovables de CC, fuentes de almacenamiento de energía de CC), como las que se muestran en la figura 4, comporta tres beneficios interesantes. En primer lugar, reduce la dependencia del almacenamiento en baterías y permite reducir drásticamente la autonomía a lo estrictamente necesario para filtrar transitorios de CTA y arrancar el grupo electrógeno.
En segundo lugar, libera al centro de datos de todo el equipo de aparellaje utilizado para sincronizar los generadores. En tercer lugar, proporciona múltiples rutas para transportar la alimentación desde la entrada de un edificio hasta la carga. La asignación dinámica de la ruta puede compensar el fallo de los componentes de distribución, eliminar las congestiones de alimentación u optimizar la transferencia de alimentación.
El uso de un bus de CC interno o intersatelital para interconectar las fuentes de CC y compartir la alimentación también tiene una serie de ventajas. En primer lugar, la tasa de disponibilidad de alimentación local es mejor que con un bus de CA conectado a una fuente de CA externa.
Un bus de CA puede no estar disponible temporalmente debido a un fallo en la red, que no puede permitir garantizar una entrega permanente de una tensión de CA nominal. En segundo lugar, la cantidad de alimentación transferida se incrementa aproximadamente por un factor de 2 para un bus de CC que funciona con una tensión de CC permanente al menos igual (pero generalmente 380 V) a la tensión de pico del bus de CA (p. ej., 230 V), a igual sección transversal de cobre e iguales pérdidas (RI2), a una corriente dividida por V2 e igual tensión dieléctrica del material de aislamiento. También es más conveniente usar un bus de CC para conectar baterías de diferentes tensiones u otros medios de almacenamiento de potencia a través de convertidores bidireccionales. De este modo, el uso de un bus de CC en lugar de un bus de CA proporciona simplificación y aumenta la disponibilidad, eficiencia, flexibilidad y también simplifica la gestión de la energía, ya que se basa en mediciones de CC.
El bus de alimentación de CC interno dedicado también se puede reemplazar por un bus de alimentación de CA interno dedicado. El bus de alimentación de CA "dedicado", contrariamente a los buses de alimentación de CA "externos" primero y segundo, no está conectado a la red eléctrica ni a un grupo electrógeno diésel. La propiedad bidireccional de este bus de CA dedicado debe tenerse en cuenta correctamente, ya que no se puede reinyectar la alimentación en un grupo electrógeno. Una ventaja de usar un bus de CA interno dedicado es la oportunidad de conectar transformadores de tensión (p. ej., desde 50 Hz hasta varios cientos de Hz, a 230 V o más) y para implementar fácilmente una protección debido a que los disyuntores de CA son más baratos y tienen un tiempo de apertura más rápido en caso de cortocircuito.
Descripción de las realizaciones preferidas de la invención
La implementación física y práctica de PF que se describe a continuación de acuerdo con las realizaciones preferidas de la invención se basa en la tecnología SAI patentada y comercializada por el solicitante, denominada "Enhanced Conversion Innovation" (ECI™), tal y como se representa en la figura 1, que combina varias etapas de conversión en un solo módulo relativamente pequeño, como se representa físicamente en la figura 2. Se pueden agrupar ventajosamente varios módulos del mismo para construir un "satélite PF", como el que se muestra en la figura 5, mientras que, en una pluralidad de satélites PF, como la que se muestra en la figura 6, estos están ventajosamente interconectados a través de un conducto de barra colectora de CC para operar como una microrred, como se muestra en la figura 7. Se presenta un satélite PF con almacenamiento local con capacidad de ciclado. Puede ser un receptor de alimentación, un acondicionador o un generador de acuerdo con los requisitos de carga (véase la figura 5).
Los satélites PF se organizan de este modo en una red de malla que optimiza el abastecimiento, la distribución y la disponibilidad de energía. Como se muestra en la figura 6, cada armario de servidor 5 tiene ventajosamente dos entradas A y B, cada uno conectado a un satélite PF 11, 12 construido con dispositivos ECI™, para crear el enlace bidireccional desde el servidor 5 a la red CA/CC y viceversa.
Una combinación de fuentes de energía renovable y conexiones de red, como las que se muestran en la figura 4, permite ahorrar costes de tiempo a la vez que aumenta la resistencia de la infraestructura general. La reducción de picos también se puede implementar gracias al almacenamiento local en el satélite PF. Además, en caso de demanda de una alta y persistente alimentación en una carga dada, otros satélites PF pueden admitir la transferencia de energía a través del conducto de barra colectora de CC. Una característica única frente a la técnica anterior, la "Power Fusión", o PF, opera como un SAI de doble conversión descentralizado con todas las ventajas de la arquitectura centralizada. El nivel de redundancia también es bastante flexible, desde básico hasta nivel 4, lo que hace que el concepto sea adecuado para una gran variedad de aplicaciones con una mentalidad de consumo neto cero.
Ventajosamente, de acuerdo con una realización de la invención, el bus de alimentación interno que interconecta los satélites puede ser un bus de alimentación de CA interno.
En resumen, las ventajas del concepto PF son las siguientes:
- reducir la potencia varada en el centro de datos;
- seleccionar la fuente de energía más económica cada vez;
- proporcionar tensiones de CC de almacenamiento que pueden ser diferentes de un satélite a otro (p. ej., 380 V, 48 V, etc.);
- conmutar a la fuente de alimentación disponible;
- reducir los picos, compensando los desequilibrios;
- cortar el aparellaje, el SAI, el STS (sistema de transferencia estática), los controles de grupos electrógenos; - virtualizar la energía, con topología multirredundante;
- garantizar la plena flexibilidad en el crecimiento, remodelación y gestión de recursos de respaldo, con capacidad de expansión casi infinita; y
- construir paso a paso a medida que el usuario crece, siendo empujados a filas los costes de infraestructura.
La presente invención permite, además, construir un centro de datos con un único módulo convertidor. La ECI™ como bloque de construcción es un versátil convertidor/enrutador de energía. En función de la verdadera redundancia como concepto, también es térmicamente intercambiable y no requiere mantenimiento. Se puede utilizar como piedra angular para abordar todas las funciones en un centro de datos y, en particular, para ser el enlace entre varios tipos de fuentes y cargas.
La figura 7 muestra cómo al lado del PF, la ECI™ se puede utilizar para conectar generadores, células de combustible y fuentes de energía renovable al bus HVDC. También se utiliza para proporcionar un almacenamiento masivo de energía al mismo bus HVDC. Además, también se puede utilizar como enrutador para conectar el grupo electrógeno a los componentes mecánicos. Cada ECI™ se puede utilizar como conmutador y como llave de paso para controlar la dirección y la magnitud del intercambio de energía. Poner un sistema de supervisión encima de la infraestructura brinda un control total de los flujos de energía a la administración de la instalación.
Una consecuencia importante de la invención es la capacidad de usar una sola pieza de hardware térmicamente intercambiable para realizar varias funciones que hoy en día realizan varios productos, varias marcas y varios equipos monolíticos. Se espera que la perspectiva sobre los costes de mantenimiento y los ahorros logísticos sea bastante grande.
EJEMPLOS DE ARQUITECTURAS
Con el fin de diseñar las realizaciones de arquitecturas de acuerdo con la presente invención, se han mantenido las siguientes restricciones:
- una serie de bastidores para servidores distribuidos en dos cadenas (derecha e izquierda en las figuras);
- número de bastidores de servidor que alimentar: 2n (n bastidores de servidor en cada cadena);
- transferencia opcional de tareas de trabajo de un servidor a otro en una cadena e incluso de una cadena a otra (tiempo de transferencia estimado: aprox. 15 segundos);
- dos entradas de alimentación en cada bastidor de servidor: entradas de CA A y B;
- Ppromedio de cada bastidor de servidor = P;
- Ppico de cada bastidor de servidor = 2P;
- 2 redes de CA disponibles: Red A y Red B;
- 2 unidades de alimentación auxiliar disponibles en las redes de CA (GE A y GE B);
- conmutar entre redes de CA y unidades de alimentación auxiliar mediante el CTA (CTA A y CTA B);
- una red de alimentación de Cc de 380 V a la que se conectan fuentes de energía renovable (molinos de viento, paneles fotovoltaicos, etc.) y posiblemente una unidad de almacenamiento de energía de CC de 380 V;
- uso de tecnología SAI ECI™ patentada con 3 puertos bidireccionales (CAdentro, CAf uera y CCdentro).
Los objetos de estas son los siguientes:
- proponer una arquitectura de centro de datos de NIVEL 3 o 4 (disponibilidad garantizada muy alta, al menos > 99,98 %);
- reducir el CAPEX/OPEX de la instalación de un centro de datos.
De acuerdo con una realización mostrada en la figura 8, se propone una primera arquitectura: centro de datos "C" (por "centralizado").
Cada cadena de n bastidores de servidor incluye dos SAI centralizados de tipo ECI (cadenas A y B), modular/redundante, conectados a una batería centralizada y al puerto de energía renovable de CC de 380 V (véase la figura 8). La potencia nominal del SAI ECI es de 8 nP para una potencia máxima del servidor de 4 nP. No hay reducción en la carga.
Más particularmente, tal y como se representa en la figura 8, la salida de CA y la entrada de CA de una primera unidad SAI centralizada 11 están conectadas en el primer bus de alimentación de CA externo 6 a cada unidad de servidor 5 en una cadena 10 y a la primera red de CA 8 o a la primera unidad de alimentación auxiliar central 16 respectivamente a través del primer CTA 18, estando conectada la entrada de CC de la primera unidad SAI centralizada 11 al bus de alimentación de CC interno 13 y en donde la salida de CA y la entrada de CA de una segunda unidad SAI centralizada 12 están conectadas en el segundo bus de alimentación de CA externo 7 a cada unidad de servidor 5 en la cadena 10 y a la segunda red de CA 9 o a la segunda unidad de energía auxiliar central 17 respectivamente a través del segundo CTA 18, estando conectada la entrada de CC de la segunda unidad SAI centralizada 12 al bus de alimentación de CC interno 13.
De acuerdo con una realización, se propone una segunda arquitectura: centro de datos "D" (por "descentralizado").
Cada bastidor de servidor tiene un SAI local (entrada/salida de CA A+B) que tiene una unidad de almacenamiento local que permite "reducir los picos de potencia" en ambas entradas de CA A y B. El bastidor de servidor contiene (véase la figura 9):
- dos SAI locales (entrada/salida de CA A+B) de tipo ECI (modular/redundante) conectados a un puerto de CC de 380 V de red renovable;
- un módulo CC/CC bidireccional con batería de iones de litio que permite el almacenamiento local para "reducir los picos de potencia".
La potencia nominal del SAI ECI es de 8 nP, con 2 nP CC/CC para una potencia máxima de servidor de 4 nP.
Más particularmente, tal y como se representa en la figura 9, cada unidad de servidor 5 vinculada con la cadena 10 está asociada a una primera unidad de SAI local 110 cuyos terminales de CA están conectados en el primer bus de alimentación de CA externo 6 entre la primera entrada de CA de dicha unidad de servidor 5 y la primera red de CA 8 o la primera unidad de alimentación auxiliar central 16 respectivamente a través del primer CTA 18, y con una segunda unidad SAI local 120 cuyos terminales de CA están conectados en el segundo bus de alimentación de CA externo 7 entre la segunda entrada de CA de dicha unidad de servidor 5 y la segunda red de CA 9 o la segunda unidad de alimentación auxiliar 17 respectivamente a través del segundo c Ta 18, estando cada una de la entrada de CC de la primera y de la segunda unidades SAI 110, 120 conectada a un bus de alimentación de CC intersatelital 130. Adicionalmente, un módulo convertidor de CC/CC alimentado por batería bidireccional local 150 está asociado a dicha unidad de servidor 5 vinculada a una cadena 10 a través del bus de alimentación de CC intersatelital 130, a fin de permitir un almacenamiento de energía local para reducir los picos de potencia.
De acuerdo con una realización, se propone una tercera arquitectura: centro de datos "M" (por "mixto").
Cada cadena de servidor (n bastidores de servidor en una cadena) tiene dos SAI centralizados (entrada/salida de CA A+B) de tipo ECI (modular/redundante) conectados a la red de CC de 380 V con batería centralizada de CC de 380 V (opcional) y CC de 380 V renovable (véase la figura 10).
Además, para cada bastidor de servidor, un convertidor SAI de tipo ECI conectado en paralelo a las entradas de CA del bastidor de servidor (CA en A y B), el convertidor de SAI paralelo de tipo ECI que realiza la "reducción de picos de potencia" para cada entrada de CA del bastidor de servidor. El convertidor SAI paralelo de tipo ECI también puede lograr el equilibrio entre las líneas de CA A y B.
La potencia nominal del SAI ECI está entre 4 y 6 nP para la potencia máxima del servidor 4 nP.
Más particularmente, tal y como se representa en la figura 10, la salida de CA y la entrada de CA de una primera unidad SAI centralizada 11 están conectadas en el primer bus de alimentación de CA externo 6 a cada unidad de servidor 5 en una cadena 10 de y a la primera red de CA 8 o la primera unidad de energía auxiliar central 16 respectivamente a través del primer CTA 18, estando conectada la entrada de CC de la primera unidad SAI centralizada 11 al bus de alimentación de CC interno 13, en donde la salida de CA y la entrada de CA de una segunda unidad SAI centralizada 12 están conectadas en el segundo bus de alimentación de CA externo 7 a cada unidad de servidor 5 en la cadena 10 y a la segunda red de CA 9 o a la segunda unidad de alimentación auxiliar central 17 respectivamente a través del segundo CTA 18, estando conectada la entrada de CC de la segunda unidad SAI centralizada 12 al bus de alimentación de CC interno 13, y en donde la entrada de CA y la salida de CA de una unidad SAI local 1100 están conectadas en paralelo en el primer bus de alimentación de CA externo 6 en la primera entrada de CA y en el segundo bus de alimentación de CA externo 7 en la segunda entrada de CA de cada unidad de servidor 5 respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la unidad SAI local 1100 a una unidad de almacenamiento de energía de CC 1500a, como una batería de iones de litio, para lograr reducir los picos de potencia.
Comparación entre las tres arquitecturas "C". "D" y "M"
Se puede demostrar que la solución "M" combina las ventajas de la solución centralizada "C" y la solución descentralizada "D":
- potencia nominal de SAI descentralizado y centralizado: inferior a "C" o "D";
- altura ocupada por bastidor de servidor de pico en 10 kW (2U) entre la de "C" (0) y la de "D" (4U);
- menor coste total de SAI (sin almacenamiento), incluso más bajo que en "C";
- valor nominal de entrada de CA de red (A+B) y valor nominal de entrada de CA del GE (A+B) como en "D", más bajo que en "C";
- valor nominal de distribución de CA y del cable: reducción de picos de potencia como en "D";
- valor nominal de distribución de CC y del cable: se mantiene en el nivel centralizado de SAI y energía renovable como en "C";
- conexión a renovables: posible como en "C" y "D";
- batería local de iones de litio o baterías centralizadas de CC de 380 V: disponibles;
- la solución de batería está abierta a la optimización entre el almacenamiento centralizado y el almacenamiento descentralizado; ciclo rápido y ciclo bajo (como en "D", mientras que "C" es una única solución);
- eficiencia eléctrica global: media/alta debido a la alta potencia del SAI (como en "C") y el efecto del convertidor CC/CC de "reducción de picos" (como en "D", pero en "D" baja eficiencia debido a múltiples unidades SAI).
En conclusión, la solución mixta M" es ventajosa manteniendo las ventajas de ambos "mundos", el centralizado y el descentralizado.
Todas estas arquitecturas descritas anteriormente en el presente documento son novedosas con respecto a la técnica anterior.
El documento US 2015/061384 A1 divulga el principio del bus de CC que alimenta las unidades de almacenamiento de potencia asociadas a los SAI de armario descentralizados. También se divulga la noción de compartir energía entre zonas de recursos (parte del almacenamiento se reserva, parte de él se comparte). Esto está cerca de la arquitectura "D", pero solo con un bus de alimentación de CA. Además, la barra colectora de alimentación de CC que conecta en común los elementos de almacenamiento de los diferentes SAI funciona con una sola tensión.
El documento US 2008/030078 A divulga una "arquitectura de distribución de potencia ininterrumpida altamente eficiente para soportar unidades de procesamiento modulares". Las diferentes unidades de armario o módulos del centro de datos reciben alimentación de un bus de alimentación de CA. Cada módulo está asociado localmente a un SAI. No hay un bus de CC común que permita compartir la alimentación de un módulo a otro. En la figura 4, aparece la noción de bus de CC y SAI centralizado que alimentan varios armarios de CC. Pero la noción de compartir energía entre los armarios no está presente. La arquitectura "D" "descentralizada" no se divulga. Esta arquitectura estaría más cerca de la arquitectura "C" sin la redundancia del bus de alimentación de CA. También en la arquitectura "C", el SAI está operando en el bus de CA, no al nivel del bus de CC.
El documento US 2011/018342 A1 divulga un centro de datos que tiene una cadena de servidores alimentados por CA en los que una fuente de alimentación de respaldo de CC común puede compartir energía con todos los servidores. No se menciona la presencia de SAI, aunque sí se menciona la posibilidad de recargar las baterías con la fuente de alimentación CA.
Lista de símbolos de referencia
1 SAI (ECI)
2 Entrada bidireccional de CA de SAI (ECI)
3 Entrada bidireccional de CC de SAI (ECI)
4 Salida bidireccional de CA de SAI (ECI)
5 Servidor vinculado por cadena
6 Primer bus de alimentación de CA externo
7 Segundo bus de alimentación de CA externo
8 Primera red de CA
9 Segunda red de CA
10 Cadena de servidores
11 Satélite de alimentación de respaldo (SAI/ECI)
12 Satélite de alimentación de respaldo (SAI/ECI)
13 Bus de alimentación de CC interno
14 Fuente de energía renovable
15 Unidad de almacenamiento de energía de CC
16 Primera unidad de alimentación auxiliar central
17 Segunda unidad de alimentación auxiliar central
18 Conmutador de transferencia automática (CTA)
110 Primera unidad SAI descentralizada
120 Segunda unidad SAI descentralizada
130 Bus de alimentación de CC interno o intersatelital (D)
150 Módulo convertidor CC/CC (D)
1100 Unidad SAI paralela local (M)
1500 Unidad de almacenamiento de CC (M)
Claims (17)
1. Un centro de datos o un entorno de telecomunicaciones, que comprende:
- un primer bus de alimentación de CA externo (6) alimentado por una primera red de CA (8) y un segundo bus de alimentación de CA externo (7) alimentado por una segunda red de CA (9);
- una pluralidad de unidades de servidor (5) vinculadas por cadena (10) que proporcionan recursos informáticos, teniendo cada unidad de servidor (5) una primera conexión de entrada de CA al primer bus de alimentación de CA externo (6) y una segunda conexión de entrada de CA al segundo bus de alimentación de CA externo (7), conectando dicho primer bus de alimentación de CA externo (6) y dicho segundo bus de alimentación de CA externo (7) cada una de las unidades de servidor (5) vinculadas en la cadena (10),
- al menos una unidad de alimentación ininterrumpida, abreviada como unidad SAI, que actúa como un satélite de alimentación de respaldo (11) conectado al primer bus de alimentación de CA externo (6) y al menos una unidad SAI que actúa como un satélite de alimentación de respaldo (12) conectado al segundo bus de alimentación de CA externo (7), pudiendo proporcionar cada uno de los satélites de alimentación de respaldo (11, 12) una potencia de funcionamiento a los recursos informáticos de cada una de las unidades de servidor (5) vinculadas en la cadena (10), y
- un bus de alimentación interno o intersatelital (13) no alimentado directamente por las redes de CA primera y segunda (8, 9), para alimentar los dichos satélites de alimentación de respaldo (11, 12), de modo que el valor de la potencia suministrada a dichos satélites de alimentación de respaldo (11, 12) puede variar de un satélite (11, 12) a otro,
caracterizado por que el centro de datos o el entorno de telecomunicaciones comprende un medio de control inteligente capaz de identificar la aparición de una demanda de pico de potencia local en una unidad de servidor (5) particular y de ordenar al menos a un satélite de alimentación de respaldo (11, 12) que tiene una reserva de potencia que comparta al menos parte de su reserva de potencia con esta unidad de servidor (5) local a través del bus de alimentación interno (13), mientras mantiene estable la tensión en el bus de alimentación interno.
2. El centro de datos según la reivindicación 1, caracterizado por que el bus de alimentación interno (13) es un bus de alimentación de CC o un bus de alimentación de CA.
3. El centro de datos según la reivindicación 2, caracterizado por que el bus de alimentación de CC interno (13) está conectado a una o más fuentes de energía renovable (14) o a una unidad de almacenamiento de energía de CC (15).
4. El centro de datos según la reivindicación 3, caracterizado por que la unidad de almacenamiento de energía de CC (15) comprende una o más baterías.
5. El centro de datos según la reivindicación 3, caracterizado por que el bus de alimentación de CC interno (13) es un bus de alimentación HVDC de 380 V o 600 V, y/o la alimentación de CC suministrada a o almacenada en el satélite de alimentación de respaldo (11, 12) es una alimentación de CC de 48 V, posiblemente a través de un convertidor CC/CC intermedio.
6. El centro de datos según la reivindicación 2, caracterizado por que el satélite de alimentación de respaldo (11, 12) es una unidad SAI bidireccional, que tiene una entrada de CA (2), una salida de CA (4) y una entrada de CC (3), pudiendo conectarse dicha entrada de CC (3) a un bus de alimentación de CC interno (13) o a una fuente de energía de CC o unidad de almacenamiento (14, 15) para proporcionar una potencia temporal a la unidad SAI.
7. El centro de datos según la reivindicación 6, caracterizado por que una unidad de almacenamiento de CC (15) se proporciona localmente en cada satélite (11, 12), con una tensión de CC nominal que puede ser diferente de una célula de potencia (11, 12) a otra.
8. El centro de datos según la reivindicación 2, caracterizado por que unas unidades de alimentación auxiliar central primera y segunda (16, 17) están conectadas al primer bus de alimentación de CA externo (6) y al segundo bus de alimentación de CA externo (7) respectivamente, las cuales pueden reemplazar, cuando sea necesario, la primera red de CA (8) y la segunda red de CA (9) respectivamente, gracias a un conmutador de transferencia automática (18).
9. El centro de datos según la reivindicación 6, caracterizado por que la salida de CA y la entrada de CA de una primera unidad SAI centralizada (11) están conectadas en el primer bus de alimentación de CA externo (6) a cada unidad de servidor (5) en una cadena (10) y a la primera red de CA (8) o a una primera unidad de alimentación auxiliar central (16) respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la primera unidad SAI centralizada (11) al bus de alimentación de CC interno (13), y por que la salida de CA y la entrada de CA de una segunda unidad SAI centralizada (12) están conectadas en el segundo bus de alimentación de CA externo (7) a cada unidad de servidor (5) en la cadena (10) y a la segunda red de CA (9) o a una segunda unidad de alimentación auxiliar central (17) respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la segunda unidad SAI centralizada (12) al bus de alimentación de CC interno (13) .
10. El centro de datos según la reivindicación 6, caracterizado por que cada unidad de servidor (5) vinculada por cadena (10) está asociada a una primera unidad de SAI local (110) cuyos terminales de CA están conectados en el primer bus de alimentación de CA externo (6) entre la primera entrada de CA de dicha unidad de servidor (5) y la primera red de CA (8) o una primera unidad de alimentación auxiliar central (16), y a una segunda unidad de SAI local (120) cuyos terminales de CA están conectados en el segundo bus de alimentación de CA externo (7) entre la segunda entrada CA de dicha unidad de servidor (5) y la segunda red de CA (9) o una segunda unidad de alimentación auxiliar (17), estando cada una de la entrada de CC de la primera y de la segunda unidad SAI (110, 120) conectada a un bus de alimentación de CC intersatelital (130).
11. El centro de datos según la reivindicación 10, caracterizado por que, adicionalmente, un módulo convertidor de CC/CC bidireccional local alimentado por batería (150) está asociado a dicha unidad de servidor (5) vinculada por cadena (10) a través del bus de alimentación de CC intersatelital (130), a fin de permitir un almacenamiento de energía local para reducir los picos de potencia.
12. El centro de datos según la reivindicación 6, caracterizado por que la salida de CA y la entrada de CA de una primera unidad SAI centralizada (11) están conectadas en el primer bus de alimentación de CA externo (6) a cada unidad de servidor (5) en una cadena (10) y a la primera red de CA (8) o a una primera unidad de alimentación auxiliar central (16) respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la primera unidad SAI centralizada (11) al bus de alimentación de CC interno (13), por que la salida de CA y la entrada de CA de una segunda unidad SAI centralizada (12) están conectadas en el segundo bus de alimentación de CA externo (7) a cada unidad de servidor (5) en la cadena (10) y a la segunda red de CA (9) o a una segunda unidad de alimentación auxiliar central (17) respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la segunda unidad SAI centralizada (12) al bus de alimentación de CC interno (13) , y por que la entrada de CA y la salida de CA de una unidad SAI local (1100) están conectadas en paralelo en el primer bus de alimentación de CA externo (6) en la primera entrada de CA y en el segundo bus de alimentación de CA externo (7) en la segunda entrada de CA de cada unidad de servidor (5) respectivamente, estando conectada la entrada de CC de la unidad SAI local (1100) a una unidad de almacenamiento de energía de CC (1500), tal como una batería de iones de litio, para lograr reducir los picos de potencia.
13. El centro de datos según la reivindicación 12, caracterizado por que la unidad SAI local (1100) recibe órdenes por parte del medio de control inteligente para lograr un equilibrio de potencia entre el primer bus de alimentación de CA externo (6) y el segundo bus de alimentación de CA externo (7).
14. El centro de datos según la reivindicación 1, caracterizado por que las unidades de servidor (5) están distribuidas en dos cadenas.
15. El centro de datos según la reivindicación 1, caracterizado por que la potencia de pico sostenida por cada unidad de servidor (5) es 2 veces la potencia nominal.
16. El centro de datos según la reivindicación 1, caracterizado por que las redes de CA primera y segunda (8, 9) son fuentes de CA de n fases, donde n = 1,2 o 3.
17. El centro de datos según la reivindicación 1, caracterizado por que los buses de alimentación de CA externos primero y segundo (6, 7) son buses de alimentación de CA de n fases, donde n = 1, 2 o 3.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762508150P | 2017-05-18 | 2017-05-18 | |
| EP17194559.5A EP3467994A1 (en) | 2017-10-03 | 2017-10-03 | Virtualization of power for data centers, telecom environments and equivalent infrastructures |
| PCT/EP2018/062694 WO2018210917A1 (en) | 2017-05-18 | 2018-05-16 | Virtualization of power for data centers, telecom environments and equivalent infrastructures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2920299T3 true ES2920299T3 (es) | 2022-08-02 |
Family
ID=60051350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES18723021T Active ES2920299T3 (es) | 2017-05-18 | 2018-05-16 | Virtualización de energía para centros de datos, entornos de telecomunicaciones e infraestructuras equivalentes |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11196291B2 (es) |
| EP (2) | EP3467994A1 (es) |
| ES (1) | ES2920299T3 (es) |
| TW (1) | TW201901351A (es) |
| WO (1) | WO2018210917A1 (es) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11962157B2 (en) | 2018-08-29 | 2024-04-16 | Sean Walsh | Solar power distribution and management for high computational workloads |
| US11967826B2 (en) | 2017-12-05 | 2024-04-23 | Sean Walsh | Optimization and management of power supply from an energy storage device charged by a renewable energy source in a high computational workload environment |
| US11929622B2 (en) | 2018-08-29 | 2024-03-12 | Sean Walsh | Optimization and management of renewable energy source based power supply for execution of high computational workloads |
| CN112039186B (zh) * | 2019-06-04 | 2022-02-08 | 硕天科技股份有限公司 | 不断电系统及其操作方法 |
| CN110323782B (zh) * | 2019-07-08 | 2021-02-09 | 华北电力大学 | 一种常规电源由新能源替代的最大可替换容量确定方法 |
| US11588327B2 (en) | 2020-03-10 | 2023-02-21 | Ce+T Power Luxembourg Sa | Safe and resilient energy distribution for a highly efficient microgrid |
| EP3879661B1 (en) | 2020-03-10 | 2022-12-07 | CE+T Power Luxembourg SA | Safe and resilient energy distribution system for a highly efficient microgrid |
| EP4118724A1 (en) | 2020-03-10 | 2023-01-18 | CE+T Power Luxembourg SA | Safe and resilient energy distribution system for a highly efficient microgrid |
| US11287868B1 (en) * | 2020-07-15 | 2022-03-29 | Amazon Technologies, Inc. | Facility power backstopping system for power monitoring and power loss prevention |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1806819A1 (en) | 2006-01-05 | 2007-07-11 | Constructions Electroniques + Telecommunications, en abrégé "C.E.+T" | Backup power system |
| US7760516B2 (en) * | 2006-03-17 | 2010-07-20 | Eaton Corporation | Modular UPS systems and methods using modular interconnect assemblies |
| DK2036189T3 (da) | 2006-06-01 | 2019-05-27 | Google Llc | Kontinuerlig strømdistributionsarkitektur til et datacenter |
| TWI332743B (en) * | 2006-11-30 | 2010-11-01 | Ind Tech Res Inst | Control device and method of renewable energy system signgle-phase power conditioner |
| JP4743293B2 (ja) * | 2009-02-17 | 2011-08-10 | 日本電気株式会社 | 電力配分システムおよび方法 |
| US9192069B2 (en) * | 2013-08-05 | 2015-11-17 | Rosendin Electric, Inc. | Modular power skid assembled with different electrical cabinets and components mounted on the skid |
| US8723362B2 (en) | 2009-07-24 | 2014-05-13 | Facebook, Inc. | Direct tie-in of a backup power source to motherboards in a server system |
| CN102484393B (zh) * | 2009-09-16 | 2015-11-25 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | 功率转换系统及不间断供电电源系统 |
| DK2372861T3 (da) * | 2010-04-01 | 2013-03-25 | Racktivity Nv | Styringsenhed til datacenter med dynamisk belastningsudligning |
| US8732506B2 (en) * | 2011-05-26 | 2014-05-20 | Cisco Technology, Inc. | Method and apparatus for providing power to a server platforms by using a capacitor to provide power during a second power supply transitioning on |
| AU2011383590A1 (en) * | 2011-12-22 | 2014-07-17 | Schneider Electric It Corporation | System and method of smart energy storage in a UPS |
| GB2510899A (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-20 | Eltek As | Power supply system module |
| CN106208350B (zh) * | 2013-03-06 | 2020-12-01 | 华为技术有限公司 | 一种供电方法及装置 |
| US9647491B2 (en) * | 2013-07-08 | 2017-05-09 | Eaton Corporation | UPS systems and methods using variable configuration |
| US20150061384A1 (en) | 2013-08-27 | 2015-03-05 | Amazon Technologies, Inc. | Shared Backup Power For Data Centers |
| US9162206B2 (en) | 2013-12-05 | 2015-10-20 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Reactor bed component for securing rigid assemblies |
| US20170047772A1 (en) * | 2014-04-18 | 2017-02-16 | Schneider Electric It Corporation | System and methods for distributed uninterruptable power supplies |
-
2017
- 2017-10-03 EP EP17194559.5A patent/EP3467994A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-05-16 WO PCT/EP2018/062694 patent/WO2018210917A1/en unknown
- 2018-05-16 US US16/613,911 patent/US11196291B2/en active Active
- 2018-05-16 EP EP18723021.4A patent/EP3625870B1/en active Active
- 2018-05-16 ES ES18723021T patent/ES2920299T3/es active Active
- 2018-05-18 TW TW107117038A patent/TW201901351A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018210917A1 (en) | 2018-11-22 |
| EP3625870A1 (en) | 2020-03-25 |
| EP3625870B1 (en) | 2022-04-20 |
| TW201901351A (zh) | 2019-01-01 |
| US11196291B2 (en) | 2021-12-07 |
| EP3467994A1 (en) | 2019-04-10 |
| US20210066957A1 (en) | 2021-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2920299T3 (es) | Virtualización de energía para centros de datos, entornos de telecomunicaciones e infraestructuras equivalentes | |
| EP3231061B1 (en) | Modular uninterruptible power supply apparatus and methods of operating same | |
| Patrao et al. | Microgrid architectures for low voltage distributed generation | |
| US9444280B2 (en) | Uninterruptable power supply system and method | |
| US8970176B2 (en) | DC micro-grid | |
| US9047076B1 (en) | Uninterruptable power supply system and method | |
| US8638008B2 (en) | 380 volt direct current power distribution system for information and communication technology systems and facilities | |
| US10873099B1 (en) | Storage system controller | |
| US9047075B1 (en) | Uninterruptable power supply system and method | |
| US20190356159A1 (en) | Rack-mounted ups device for data centers | |
| EP2887484B1 (en) | Switchgear assembly for AC and DC power distribution | |
| KR20130105616A (ko) | 에너지 저장 시스템 및 이의 제어방법 | |
| US11799316B2 (en) | Fuel cell system for information technology loads | |
| KR20140040627A (ko) | 배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 | |
| CN107134933A (zh) | 一种具有多种电压等级输出的电源设备 | |
| KR101297287B1 (ko) | 인터넷 데이터 센터의 전력 공급 시스템, 전산 설비의 전력 공급 시스템 및 직류 전력을 이용한 전산 설비의 절전 시스템 | |
| Palamar et al. | Control system for a diesel generator and ups based microgrid | |
| KR102436391B1 (ko) | 에너지 저장 기능을 갖는 계통연계형 태양광발전 제어 시스템 | |
| KR102436399B1 (ko) | 에너지 저장 기능을 갖는 태양광발전 제어 시스템 | |
| US20220352748A1 (en) | Systems and methods for supplying uninterruptible power | |
| US20220216716A1 (en) | Plug-in type energy storage system | |
| Zhabelova et al. | Data center power dynamics within the settings of regional power grid | |
| WO2022229276A1 (en) | An energy storage system | |
| CN211405071U (zh) | 一种可移动自切电源可扩容的不间断电源综合配电装置 | |
| CN107317389A (zh) | 一种数据中心供电构架 |