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當(dāng)前位置：首頁 > 新聞資訊 > 行業(yè)動態(tài)伊頓ups數(shù)據(jù)中心唯有節(jié)能減排，方可“撥霾見日”
發(fā)布時間：2015.03.18 瀏覽次數(shù)：1317
近日，柴靜關(guān)于霧霾的調(diào)查視頻《穹頂之下》在各大新聞網(wǎng)站、視頻網(wǎng)站曝光，48小時播放量超2億，引爆了公共對治霾及環(huán)保的熱烈討論。污染物排量放大被曝出是主要原因。其中，日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣等帶來的污染物，是造成城市空氣污染的主要原因。唯有節(jié)能減排，方可“撥霾見日”。然而對抗霧霾不僅需要每個公民身體力行，更需要企業(yè)的積極參與及政府的大力引導(dǎo)。
在我國大力發(fā)展信息化建設(shè)的今天，數(shù)據(jù)中心成為城市能耗“大戶”，在全球IT總能耗中，數(shù)據(jù)中心就占到了40%。中國工信部在“十二五”規(guī)劃中也指出中國的數(shù)據(jù)中心碳排放在“十二五”五年期間里將增加一倍。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排不僅關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)乎社會效益。
PUE值數(shù)據(jù)中心能效風(fēng)向標(biāo)
能源使用效能值（PUE）是國際公認(rèn)的衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的一個重要指標(biāo)。據(jù)最新的報道，國外最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心的PUE值可以達(dá)到1.06，而我們國家IDC的PUE平均值則在2.5以上，這意味著IT設(shè)備每耗一度電，就有多達(dá)1.5度電被數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施所消耗，這一現(xiàn)象在中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心中更為嚴(yán)重，通常其PUE的測量值普遍在3左右。這表明有大量的電能被消耗在供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施上，而用于IT設(shè)備中的電能僅為總耗電的33%。
對于影響數(shù)據(jù)中心PUE值的供電、制冷兩大基礎(chǔ)設(shè)施而言，供電系統(tǒng)的能效是問題的根本，因為供電系統(tǒng)的低效加劇了制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，雙倍地導(dǎo)致了PUE指標(biāo)的攀升。而數(shù)據(jù)中心所有營運(yùn)負(fù)載幾乎都是通過UPS電源來供電的，因此如何進(jìn)一步挖掘UPS系統(tǒng)的工作效率，將是快速改善數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)乃至整個數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)的核心途徑。
改變UPS工作模式改善PUE值
當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房UPS系統(tǒng)的工作模式為雙變換在線工作模式，即通過“AC-DC和DC-AC的雙變換”給IT負(fù)載提供穩(wěn)定的凈化電源。但是在這一模式下，UPS的效率較低，通常滿載工作效率僅90~95%（視UPS結(jié)構(gòu)的不同），如果對于當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房普遍采用的2N電源系統(tǒng)架構(gòu)，其正常工作的最大負(fù)載率僅為40%左右，在這一負(fù)載率下，UPS的工作效率也相應(yīng)降低，通常約為85~88%左右，這導(dǎo)致了能源的極大浪費并降低了整個數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)。
根據(jù)輸入市電的品質(zhì)，市電的電壓與頻率波動，這一UPS系統(tǒng)的工作可分成下列三級：
第一級――綠色休眠在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動較小時，UPS內(nèi)部的整流器、逆變器、充電器均處于在線休眠狀態(tài)，不僅基本不損耗電能，而且使主功率器件也處于電休眠狀態(tài)，提高了這些UPS內(nèi)部核心部件工作的可靠性并延長其使用壽命。
第二級――雙變換在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動超限時，UPS立刻轉(zhuǎn)切到整流、逆變的雙變換模式，此時UPS的40%負(fù)載工作效率通常在85~94%左右,與目前數(shù)據(jù)機(jī)房UPS的工作模式完全相同。
第三級――電池放電逆變模式。當(dāng)市電的電壓與頻率超出了UPS整流輸入所允許的電壓與頻率范圍時，UPS將關(guān)斷整流器，進(jìn)入電池放電工作模式，此模式下UPS的滿載工作效率約為86～95%左右。
根據(jù)國內(nèi)典型的數(shù)據(jù)中心實際電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于進(jìn)行上述分級運(yùn)行的UPS系統(tǒng)，其一年的95%時間將運(yùn)行在休眠模式，小于5%的時間工作在雙變換模式，不到1%的時間工作在電池放電模式。如果以一個負(fù)載容量為5000kW的中等規(guī)模IDC機(jī)房采用老式12脈沖相控整流UPS為例，假設(shè)其40%負(fù)載率下的效率為達(dá)到了國家能效III級UPS標(biāo)準(zhǔn)的87%為計算依據(jù)，其每年的電費節(jié)約將高達(dá)460多萬元。
與雙變換在線工作模式相反，綠色休眠在線模式的工作原理是在輸入市電品質(zhì)較好的情況下，將市電通過UPS旁路直接供電給數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載，而UPS內(nèi)部的逆變器處于在線備份狀態(tài)，從而使整個UPS系統(tǒng)的供電效率高達(dá)99%，而且這一休眠效率受UPS負(fù)載率的影響極小，即使帶載率在10%以下時，系統(tǒng)效率也可保持在高達(dá)98%左右，實現(xiàn)了“UPS基本不耗能”的節(jié)能降耗總目標(biāo)；同時通過微秒級的快速跟蹤及DSP技術(shù)，始終保持逆變器在線備份的電壓、頻率、相位參數(shù)完全與旁路輸入同步，保證了分級切換的“不間斷”。
由于IT負(fù)載電源自身的穩(wěn)壓功能以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS供電系統(tǒng)通常具有的較好電能品質(zhì)，在絕大部分市電品質(zhì)良好的工作時間內(nèi)繼續(xù)讓UPS工作在雙變換模式不僅是能源的無端浪費，而且這一多余的重復(fù)變換還導(dǎo)致了UPS事故的高發(fā)和可靠性的大幅度下降，因此轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)技術(shù)觀念，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房廣泛采用UPS綠色休眠在線技術(shù)作為主要工作模式是大勢所趨。
綠色休眠在線模式UPS選型
綠色休眠在線模式對UPS的技術(shù)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，即分級轉(zhuǎn)換問題。傳統(tǒng)的“效率優(yōu)化”或“旁路優(yōu)先”技術(shù)一直無法解決“效率優(yōu)化了”但轉(zhuǎn)換時間太長(超過8ms)，或轉(zhuǎn)換時間改進(jìn)了但“效率不夠優(yōu)化（僅96~97%”）的矛盾，由此導(dǎo)致了工作在這一模式的UPS工作可靠性和穩(wěn)定性不高，機(jī)房負(fù)載始終處在供電中斷風(fēng)險的隱憂之中。
與傳統(tǒng)解決方案不同，全球領(lǐng)先的動力管理公司伊頓采用專利的電力檢測技術(shù)和休眠控制技術(shù)，通過多DSP技術(shù)架構(gòu)并引入先進(jìn)的“云”計算技術(shù)理念，融合電力電子技術(shù)的最新進(jìn)展，實現(xiàn)了系統(tǒng)效率、轉(zhuǎn)換時間及轉(zhuǎn)換安全性三者的有機(jī)統(tǒng)一，大幅度提高了UPS在休眠狀態(tài)及“休眠”到“喚醒”工作轉(zhuǎn)換過程中的節(jié)能效率，并確保了高可靠性。
以伊頓電力專家9395系列UPS（PowerXpert™9395）為例，分級切換時，UPS輸出三相電壓動態(tài)偏離值遠(yuǎn)小于UPS標(biāo)準(zhǔn)CLASS1及計算機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)ITIC曲線的輸入電源安全要求，表明其切換瞬間的電壓波動完全優(yōu)于IT負(fù)載對輸入電壓波動的容差；此外，三相電壓和單相電壓實際測量的波動的切換時間為1.6ms，這一時間不僅遠(yuǎn)小于機(jī)房IT負(fù)載所要求的安全轉(zhuǎn)換間隙，還遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)中心機(jī)房常用的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS所能達(dá)到的最快4～5ms的轉(zhuǎn)換時間，從而確保了機(jī)房負(fù)載在轉(zhuǎn)換過程中的供電安全性。
這一在線休眠模式不僅能輕易地實現(xiàn)UPS單機(jī)的休眠，而且能實現(xiàn)多臺并機(jī)系統(tǒng)的休眠，所以它非常適合擁有大容量UPS的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。在國外，這一技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，帶來了數(shù)據(jù)中心電源安全與節(jié)能和諧統(tǒng)一的革命性變革；在國內(nèi)最大的IC制造業(yè)，70多臺伊頓電力專家9395系列正成功地以在線休眠模式工作著。
在我國大力發(fā)展信息化建設(shè)的今天，數(shù)據(jù)中心成為城市能耗“大戶”，在全球IT總能耗中，數(shù)據(jù)中心就占到了40%。中國工信部在“十二五”規(guī)劃中也指出中國的數(shù)據(jù)中心碳排放在“十二五”五年期間里將增加一倍。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排不僅關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)乎社會效益。
PUE值數(shù)據(jù)中心能效風(fēng)向標(biāo)
能源使用效能值（PUE）是國際公認(rèn)的衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的一個重要指標(biāo)。據(jù)最新的報道，國外最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心的PUE值可以達(dá)到1.06，而我們國家IDC的PUE平均值則在2.5以上，這意味著IT設(shè)備每耗一度電，就有多達(dá)1.5度電被數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施所消耗，這一現(xiàn)象在中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心中更為嚴(yán)重，通常其PUE的測量值普遍在3左右。這表明有大量的電能被消耗在供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施上，而用于IT設(shè)備中的電能僅為總耗電的33%。
對于影響數(shù)據(jù)中心PUE值的供電、制冷兩大基礎(chǔ)設(shè)施而言，供電系統(tǒng)的能效是問題的根本，因為供電系統(tǒng)的低效加劇了制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，雙倍地導(dǎo)致了PUE指標(biāo)的攀升。而數(shù)據(jù)中心所有營運(yùn)負(fù)載幾乎都是通過UPS電源來供電的，因此如何進(jìn)一步挖掘UPS系統(tǒng)的工作效率，將是快速改善數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)乃至整個數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)的核心途徑。
改變UPS工作模式改善PUE值
當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房UPS系統(tǒng)的工作模式為雙變換在線工作模式，即通過“AC-DC和DC-AC的雙變換”給IT負(fù)載提供穩(wěn)定的凈化電源。但是在這一模式下，UPS的效率較低，通常滿載工作效率僅90~95%（視UPS結(jié)構(gòu)的不同），如果對于當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房普遍采用的2N電源系統(tǒng)架構(gòu)，其正常工作的最大負(fù)載率僅為40%左右，在這一負(fù)載率下，UPS的工作效率也相應(yīng)降低，通常約為85~88%左右，這導(dǎo)致了能源的極大浪費并降低了整個數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)。
根據(jù)輸入市電的品質(zhì)，市電的電壓與頻率波動，這一UPS系統(tǒng)的工作可分成下列三級：
第一級――綠色休眠在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動較小時，UPS內(nèi)部的整流器、逆變器、充電器均處于在線休眠狀態(tài)，不僅基本不損耗電能，而且使主功率器件也處于電休眠狀態(tài)，提高了這些UPS內(nèi)部核心部件工作的可靠性并延長其使用壽命。
第二級――雙變換在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動超限時，UPS立刻轉(zhuǎn)切到整流、逆變的雙變換模式，此時UPS的40%負(fù)載工作效率通常在85~94%左右,與目前數(shù)據(jù)機(jī)房UPS的工作模式完全相同。
第三級――電池放電逆變模式。當(dāng)市電的電壓與頻率超出了UPS整流輸入所允許的電壓與頻率范圍時，UPS將關(guān)斷整流器，進(jìn)入電池放電工作模式，此模式下UPS的滿載工作效率約為86～95%左右。
根據(jù)國內(nèi)典型的數(shù)據(jù)中心實際電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于進(jìn)行上述分級運(yùn)行的UPS系統(tǒng)，其一年的95%時間將運(yùn)行在休眠模式，小于5%的時間工作在雙變換模式，不到1%的時間工作在電池放電模式。如果以一個負(fù)載容量為5000kW的中等規(guī)模IDC機(jī)房采用老式12脈沖相控整流UPS為例，假設(shè)其40%負(fù)載率下的效率為達(dá)到了國家能效III級UPS標(biāo)準(zhǔn)的87%為計算依據(jù)，其每年的電費節(jié)約將高達(dá)460多萬元。
與雙變換在線工作模式相反，綠色休眠在線模式的工作原理是在輸入市電品質(zhì)較好的情況下，將市電通過UPS旁路直接供電給數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載，而UPS內(nèi)部的逆變器處于在線備份狀態(tài)，從而使整個UPS系統(tǒng)的供電效率高達(dá)99%，而且這一休眠效率受UPS負(fù)載率的影響極小，即使帶載率在10%以下時，系統(tǒng)效率也可保持在高達(dá)98%左右，實現(xiàn)了“UPS基本不耗能”的節(jié)能降耗總目標(biāo)；同時通過微秒級的快速跟蹤及DSP技術(shù)，始終保持逆變器在線備份的電壓、頻率、相位參數(shù)完全與旁路輸入同步，保證了分級切換的“不間斷”。
由于IT負(fù)載電源自身的穩(wěn)壓功能以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS供電系統(tǒng)通常具有的較好電能品質(zhì)，在絕大部分市電品質(zhì)良好的工作時間內(nèi)繼續(xù)讓UPS工作在雙變換模式不僅是能源的無端浪費，而且這一多余的重復(fù)變換還導(dǎo)致了UPS事故的高發(fā)和可靠性的大幅度下降，因此轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)技術(shù)觀念，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房廣泛采用UPS綠色休眠在線技術(shù)作為主要工作模式是大勢所趨。
綠色休眠在線模式UPS選型
綠色休眠在線模式對UPS的技術(shù)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，即分級轉(zhuǎn)換問題。傳統(tǒng)的“效率優(yōu)化”或“旁路優(yōu)先”技術(shù)一直無法解決“效率優(yōu)化了”但轉(zhuǎn)換時間太長(超過8ms)，或轉(zhuǎn)換時間改進(jìn)了但“效率不夠優(yōu)化（僅96~97%”）的矛盾，由此導(dǎo)致了工作在這一模式的UPS工作可靠性和穩(wěn)定性不高，機(jī)房負(fù)載始終處在供電中斷風(fēng)險的隱憂之中。
與傳統(tǒng)解決方案不同，全球領(lǐng)先的動力管理公司伊頓采用專利的電力檢測技術(shù)和休眠控制技術(shù)，通過多DSP技術(shù)架構(gòu)并引入先進(jìn)的“云”計算技術(shù)理念，融合電力電子技術(shù)的最新進(jìn)展，實現(xiàn)了系統(tǒng)效率、轉(zhuǎn)換時間及轉(zhuǎn)換安全性三者的有機(jī)統(tǒng)一，大幅度提高了UPS在休眠狀態(tài)及“休眠”到“喚醒”工作轉(zhuǎn)換過程中的節(jié)能效率，并確保了高可靠性。
以伊頓電力專家9395系列UPS（PowerXpert™9395）為例，分級切換時，UPS輸出三相電壓動態(tài)偏離值遠(yuǎn)小于UPS標(biāo)準(zhǔn)CLASS1及計算機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)ITIC曲線的輸入電源安全要求，表明其切換瞬間的電壓波動完全優(yōu)于IT負(fù)載對輸入電壓波動的容差；此外，三相電壓和單相電壓實際測量的波動的切換時間為1.6ms，這一時間不僅遠(yuǎn)小于機(jī)房IT負(fù)載所要求的安全轉(zhuǎn)換間隙，還遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)中心機(jī)房常用的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS所能達(dá)到的最快4～5ms的轉(zhuǎn)換時間，從而確保了機(jī)房負(fù)載在轉(zhuǎn)換過程中的供電安全性。
這一在線休眠模式不僅能輕易地實現(xiàn)UPS單機(jī)的休眠，而且能實現(xiàn)多臺并機(jī)系統(tǒng)的休眠，所以它非常適合擁有大容量UPS的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。在國外，這一技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，帶來了數(shù)據(jù)中心電源安全與節(jié)能和諧統(tǒng)一的革命性變革；在國內(nèi)最大的IC制造業(yè)，70多臺伊頓電力專家9395系列正成功地以在線休眠模式工作著。