B 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范

数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 分布式存储技术与产业分析报告 1 [编号ODCC-2022-0200B] 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范 开放数据中心标准推进委员会 2022-09发布 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 前言 随着不间断电源（UPS）、电源供应器（PSU）、静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）、储能变流器（PCS）、新能源发电变流器等电源设备在数据中心的广泛使用，因电源设备阻抗特性不匹配引起的数据中心供配电系统稳定性问题时有发生。 为了预防并解决供配电系统稳定性问题，需要对电源设备在接入数据中心之前进行阻抗特性测试并检验是否符合技术要求，因此对以上数据中心电源设备阻抗特性的技术要求和测试要求等方面予以规范。 本规范感谢以下起草单位：上海科梁信息科技股份有限公司、中国信息通信研究院（云大所数据中心团队）、科华数据股份有限公司、台达电子企业管理（上海）有限公司、京东云计算有限公司、阿里巴巴（中国）有限公司、北京百度网讯科技有限公司。 起草人：郜登科、易龙强、董慨、李升、练恒、吴双鹤、徐敏、黄辉、陈四雄、曾奕彰、吴美希、宫伟文、陈国峰、文芳志。 I 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 目录 前言I 一、适用范围1 二、规范性引用文件1 三、术语、定义和缩略语2 四、技术要求4 （一）基本要求4 （二）频率要求5 （三）低频段阻抗幅值要求5 （四）中高频段阻抗相角要求5 （五）端口串联电感正常运行要求6 五、测试要求7 （一）测试条件说明要求7 （二）测试环境要求7 （三）小信号扰动要求7 （四）信号采样分析要求8 （五）测试平台要求9 1.测试平台选择9 2.实物测试平台9 3.半实物仿真测试平台11 （六）测试结果要求12 1.数据记录12 II 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 2.图形呈现12 3.测试报告13 附录A（资料性）测试方法14 A.1.测试拓扑结构14 A.1.1.输入阻抗特性测试拓扑结构14 A.1.2.输出阻抗特性测试拓扑结构14 A.2.输入阻抗特性测试方法15 A.3.输出阻抗特性测试方法19 附录B（资料性）测试步骤20 B.1.实物测试步骤20 B.2.半实物仿真测试步骤20 附录C（资料性）测试报告模板22 III 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 一、适用范围 本技术规范规定数据中心电源设备阻抗特性的技术要求和测试要求。 本技术规范适用于数据中心电源设备的输入/输出端口阻抗特性，端口包含且不限于三相四线制、三相三线制、单相交流、直流等，电源设备采用交流1000V/直流1500V及以下的电压进行供电。 二、规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB50052供配电系统设计规范 GB50174数据中心设计规范 GB/T2421-2020环境试验概述和指南GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波 GB/T14715-2017信息技术设备用不间断电源通用规范GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡 GB/T34133-2017储能变流器检测技术规程 GB/T37408-2019光伏发电并网逆变器技术要求 GB/T38833-2020信息通信用240V∕336V直流供电系统技术要求和试验方 法 DL/T1796-2017低压有源电力滤波器技术规范 1 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B NB/T10651-2021风电场阻抗特性评估技术规范 NB/T42057-2015低压静止无功发生器 YD/T1095-2018通信用交流不间断电源（UPS） 三、术语、定义和缩略语 电源设备输入阻抗inputimpedanceofpowersupplyequipment 在被测电源设备输入端口注入交流小信号扰动电压，待被测电源设备进入稳态测试工况后，测量输入端口对应扰动频率的电压和电流，该电压和电流的比值为电源设备在这个扰动频率下的输入阻抗。 电源设备输出阻抗outputimpedanceofpowersupplyequipment 在被测电源设备输出端口注入交流小信号扰动电流，待被测电源设备进入稳态测试工况后，测量输出端口对应扰动频率的电压和电流，该电压和电流的比值为电源设备在这个扰动频率下的输出阻抗。 阻抗幅频特性impedanceamplitudefrequencycharacteristic在规定频率范围内电源设备阻抗幅值与扰动频率之间的关系。 阻抗相频特性impedancephasefrequencycharacteristic在规定频率范围内电源设备阻抗相角与扰动频率之间的关系。小信号扰动smallsignalperturbation 与电源设备对应的工作电压/电流信号相比幅值不大于10%的扰动信号。频率耦合frequencycoupling 2 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 在被测电源设备端口注入交流小信号扰动电压/电流，待被测电源设备进入稳态测试工况后端口出现非扰动频率处的响应电流/电压，该响应电流/电压会影响电源设备在扰动频率下的阻抗。 额定阻抗nominalimpedance 电源设备端口额定电压的平方与额定功率的比值，端口采用三相四线制或三相三线制的额定电压为额定线电压有效值，采用单相交流的额定电压为额定相电压有效值，采用直流的额定电压为额定直流电压。 基准阻抗比baseimpedanceratio 电源设备端口额定阻抗与实际阻抗幅值的比值。 电源设备控制器controllerofpowersupplyequipment 电源设备实际使用的用于对应功率拓扑电路进行电能变换控制的装置。半实物仿真测试平台semi-physicalsimulationtestplatform 将电源设备控制器与运行电源设备功率拓扑电路仿真模型的实时仿真机通过信号线联接在一起进行电源设备阻抗特性测试的平台。 APF ActivePowerFilter，有源电力滤波器。BIR baseimpedanceratio，基准阻抗比。CHIL ControllerHardwareintheLoop，控制器硬件在环。 3 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B PCS PowerConversionSystem，储能变流器。PSU PowerSupplyUnit，电源供应器。SVG StaticVarGenerator，静止无功发生器。THD TotalHarmonicDistortion，总谐波畸变率。UPS UninterruptiblePowerSupply，不间断电源。 四、技术要求 （一）基本要求 由电源设备阻抗幅值和阻抗相角余弦值的乘积可得到电源设备阻抗的等效电阻分量，当阻抗相角超出[-90°,90°]范围时，等效电阻分量为负数，电源设备阻抗中的负阻尼可能导致数据中心供配电系统出现稳定性问题。 为了确保数据中心供配电系统的稳定性，与数据中心电源设备端口相对应的输出阻抗和输入阻抗的比值应满足奈奎斯特稳定判据且具有合适的稳定裕度。端口采用三相四线制时，正序输出阻抗和输入阻抗的比值、负序输出阻抗和输入阻抗的比值以及零序输出阻抗和输入阻抗的比值应分别满足奈奎斯特稳定判据。端口采用三相三线制时，正序输出阻抗和输入阻抗的比值以及负序输出阻抗和输入阻抗的比值应分别满足奈奎斯特稳定判据。端口采用单相交流时，单 4 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 相输出阻抗和输入阻抗的比值应满足奈奎斯特稳定判据。端口采用直流时，直流输出阻抗和输入阻抗的比值应满足奈奎斯特稳定判据。 （二）频率要求 数据中心电源设备阻抗特性的频率范围应覆盖数据中心供配电系统可能发生稳定性问题的频率范围，宜为1Hz-10kHz。 数据中心电源设备阻抗特性一般在2倍工频以下出现频率耦合，而在2倍工频以上不出现频率耦合。据此可将频率范围分为两个频段：1Hz至2倍工频为低频段，大于2倍工频为中高频段。由于电源设备在这两个频段的阻抗幅频特性和相频特性的影响因素与特点存在差异，应分别对两个频段的阻抗幅值和阻抗相角提出技术要求。 （三）低频段阻抗幅值要求 受控制环路的影响，电源设备在低频段的输入阻抗存在幅值低谷和等效电阻分量为负数，不利于数据中心供配电系统的稳定性。由于低频段无法消除等效电阻分量为负数，电源设备低频段的输入阻抗幅值应大于其在输入端口50%的额定阻抗，即BIR应小于2。 受控制环路的影响，电源设备在低频段的输出阻抗等效电阻分量为负数，不利于数据中心供配电系统的稳定性。由于低频段无法消除等效电阻分量为负数，应根据电源设备输出端口负载和线路的具体情况要求电源设备低频段输出阻抗幅值的上限。 对于旁路模式的UPS，应根据数据中心供配电系统具体情况要求其单位功率的低频段阻抗幅值上限。对于互动式UPS，低频段的输出阻抗幅值应大于其在输出端口50%的额定阻抗。 （四）中高频段阻抗相角要求 5 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 受控制延时的影响，电源设备在中高频段的输入阻抗和输出阻抗的等效电阻分量可能为负数，不利于数据中心供配电系统的稳定性。由于中高频段的阻抗幅值难以限制，电源设备中高频段的输入阻抗和输出阻抗相角应不超出[-90°,90°]范围，考虑到稳定裕度和阻抗相角测试精度，宜为[-85°,85°]。 （五）端口串联电感正常运行要求 4.3的输入阻抗幅值要求未考虑频率耦合可能引起的低频段阻抗幅值跌落，为了确保电源设备输入端口低频段稳定性，电源设备应在输入端口按要求串联电感后仍可在额定功率运行时不发生振荡，即不触发电源设备保护动作或电源设备电压/电流THD超标。 串联电感��由公式（1）计算： �=1�=1�� （1） �2�� 2�2��1 式中： �——电感系数，电源设备输入端口采用三相四线制或三相三线制时为3，采用单相交流或直流时为1； ��——电源设备输入端口在工频处的额定电感； ��——电源设备输入端口额定阻抗； �1——工频。 电源设备输入端口采用三相四线制时，在中性线外接��；采用三相三线制时，分别在三相外接��；采用单相交流或直流时，在端口外接��。��的额定电流应不小于电源设备输入端口的额定电流。 对于互动式UPS，输出端口外接电感参照本节技术要求，其中��为UPS输出端口额定阻抗。 6 数据中心电源设备阻抗特性技术要求与测试规范ODCC-2022-0200B 五、测试要求 （一）测试条件说明要求 电源设备阻抗特性测试应说明以下测试条件： a）测试日期，例如：某年某月某日； b）测试平台，例如：实物测试平台、半实物仿真测试平台； c）测试人员； d）被测电源设备的类型、厂家、型号和出厂编号； e）被测电源设备测试端口，例如：输入端口、输出端口； f）被测电源设备测试端口的供电方式，例如：三相四线制、三相三线制、单相交流、直流等； g）被测电源设备运行模式和运行功率； h）被测电源设备测试端口额定电压和额定功率； i）被测电源设备测试端口基波/直流电流幅值和基波频率。 （二）测试环境要求 测试环境应满足以下要求：a）环境温度：10℃～40℃；b）相对湿度：25%～75%； c）大气压力：86kPa～106kPa。