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    淺析數(shù)據(jù)中心UPS供電系統(tǒng)演進方向  

      數(shù)據(jù)中心是信息社會的關鍵基礎設施,是ICT技術(shù)的核心載體。ICT技術(shù)發(fā)展帶來的個人信息消費的增加與企業(yè)及各種機構(gòu)的信息化建設與改造催生了巨量的數(shù)據(jù)中心建設需求。據(jù)ICTresearch預測,2012年至2020年間,中國數(shù)據(jù)中心的數(shù)量將從4萬個增至8萬個,從1000萬平方米增長至3000萬平方米。數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設進一步加大了市場對于UPS的需求。數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設進一步加大了市場對于UPS的需求。然而,現(xiàn)在的UPS真的能適應數(shù)據(jù)中心的發(fā)展,尤其是未來云數(shù)據(jù)中心的發(fā)展嗎?未來的數(shù)據(jù)中心需要什么樣的UPS呢?筆者認為,在保證可靠供電的前提下,未來的數(shù)據(jù)中心的UPS供電系統(tǒng)至少具備以下幾個方面的特點。

      1.“快”:快速部署、快速擴容

      目前在數(shù)據(jù)中心的建設方式上,模塊化的理念已逐漸被大家所接受。無論是模塊化數(shù)據(jù)中心還是集裝箱數(shù)據(jù)中心,都是這一理念的具體實現(xiàn),模塊化UPS同樣符合這一理念。如果僅從整體部署速度來看,模塊化UPS和塔式UPS差別并不大,但如果從后期擴容方面看模塊化的優(yōu)勢就非常明顯。按需擴容的功率模塊,在線熱插拔的擴容,更符合業(yè)務快速發(fā)展的需要。尤其是對于平均壽命只有3到5年的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè),誰能早一天完成部署,早一天實現(xiàn)擴容,就能早一步贏得客戶,早一步占據(jù)市場。相比傳統(tǒng)塔式UPS一到兩周的安裝時間,模塊化UPS只需十幾分鐘即可完成擴容。

      2.“易”:易用性、高可用性

      相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心為保證可靠性而設計的復雜的Tier4架構(gòu)、2N系統(tǒng),ECO模式、市電直供+UPS備份等等“不可思議”的方案正在被互聯(lián)網(wǎng)巨頭們采用。正是虛擬化的技術(shù)實現(xiàn),使得互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)從追求單純的供電可靠性變成了更看重以快速維護代表的可用性。

      因此UPS也要向IT設備一樣易維護。這對UPS有兩點要求:1、發(fā)生故障不能影響業(yè)務運行,即不影響正常電力供應;2、發(fā)生故障后要方便維護,最好運維人員可自行維護而無需聯(lián)系廠家,自行拿備件替換。顯然,模塊化UPS最符合這一要求。無論是交流模塊化UPS還是直流模塊化UPS(高壓直流)都體現(xiàn)出了更高的可用性和易維護性。

      3.“省”:節(jié)省空間和運行費用

      省空間:目前的中小型數(shù)據(jù)中心大多建設在寸土寸金的樓宇之間,高密度一直是IT設備的普遍追求,如刀片式服務器。更高功率密度,體積更加小巧的UPS能夠為用戶節(jié)省更多空間,對提供出租服務的企業(yè)來說,則意味著可以部署更多的機架用于租賃;另一方面,基礎設施架構(gòu)融合,已成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢之一,而更高功率密度的UPS將更方便地與服務、存儲等IT設備實現(xiàn)一體化部署,目前各主流廠家均已推出了這種一體化產(chǎn)品,如華為mircoDC,APCinfraStruXure等。

      省電費:高昂的電費開支,也使得用戶更青睞高效率的UPS,因為高效率UPS除本身損耗更低之外,還能降低制冷方面的能耗開支。有一點需要指出的是,雖然大多數(shù)廠家都宣稱可提供高效UPS,但負載率的影響仍然要考慮。對大部分數(shù)據(jù)中心而言,UPS的實際負載率不會超過30%(新建數(shù)據(jù)中心甚至只有10%),而隨著虛擬化技術(shù)的實現(xiàn),CPU利用率上升之后,UPS的實際負載率一般也不會超過40%(以1+1系統(tǒng)為例)。因此只有在低負載率(20%~40%)也能做到94%以上高效的UPS才最符合數(shù)據(jù)中心的實際需求。

      除此之外,目前的主流服務器因為大量采用PFC校正電路,其輸入功率因數(shù)已普遍超過0.9.這就要求為其供電的UPS同樣應能提供0.9甚至更高的輸出功率因數(shù),否則為了匹配這些服務器,用戶將不得不采購更多的UPS.比如,按理論計算(不考慮冗余等實際情況),10臺500VA/450W(功率因數(shù)0.9)的服務器,其總功耗為5kVA/4.5kW,只需采購一臺5KVA輸出功率因數(shù)大于0.9(輸出功率大于4.5kW)的UPS即可。而如果UPS功率因數(shù)為0.8甚至更低,則需要兩臺5kVA的UPS.

      4.“智”:智能化,更易于管理

      幾乎所有的UPS廠商都宣稱可提供智能化的設備。但目前的智能化主要還是集中在UPS本身的技術(shù)層面,或網(wǎng)管方面。面對IT與CT行業(yè)層出不窮的新理念、新產(chǎn)品,尤其是近年來伴隨移動互聯(lián)網(wǎng)而出現(xiàn)的智能終端、可穿戴設備,UPS行業(yè)的“智能化”顯然還不夠智能。那么未來將有哪些方面會出現(xiàn)突破?

      ①能耗精細化管理:通過傳感器輕松獲取機房內(nèi)部物理生態(tài)系統(tǒng)(供配電系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、IT設備等)與機房外部自然生態(tài)系統(tǒng)(電網(wǎng)信息、氣象信息、用戶使用信息等),實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)中心的自我優(yōu)化與瓦特級的能耗管理。

     、谛畔⑻幚砼c價值挖掘:將收集到的信息數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析,它將為用戶描繪出一副數(shù)據(jù)中心的整體用電圖譜,客戶可以快速的查詢到相關信息,如最耗電的服務器、用電的周期規(guī)律等,并將會進一步挖掘這些信息的價值。

      ③物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用:網(wǎng)管APP、移動式運維、自動化維護將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的運維方式,除了對數(shù)據(jù)中心的日常管理,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用,還將帶來設備維護方式的變革。如設備壽命預測、故障預防、故障處理等。

      綜上所述,從未來數(shù)據(jù)中心需求的角度上來說,最佳UPS系統(tǒng)應該具有可快速部署和擴容,簡單易用,具有高可用性、高效率、高密度和智能化等特點。工頻機由于自身的局限性,難以匹配未來數(shù)據(jù)中心的需求;采用高頻技術(shù)的塔式機比起傳統(tǒng)的工頻塔式機雖然在體積、效率等方面有了明顯改善,但塔式機仍非最優(yōu)選擇;而基于高頻技術(shù)基礎的模塊化UPS則很好的匹配未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展需求,必將取代工頻機、塔式機成為未來數(shù)據(jù)中心的不間斷供電系統(tǒng)的主流選擇。

      事實上,隨著行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的演進,高頻化、模塊化的UPS已經(jīng)獲得了廣泛的接受。主流廠商如華為、艾默生、APC等也在將重點轉(zhuǎn)向了對高頻模塊化UPS的研發(fā)和推廣,逐步退出了工頻機、塔式機的研發(fā),同時用戶也對高頻和模塊化也表現(xiàn)出越來越高的接受度,例如中國電信和中國電信2014年的UPS集采中,5個標段有均有4個標段為高頻機,且模塊化UPS均作為獨立標段出現(xiàn)。而根據(jù)行業(yè)知名網(wǎng)站機房360的關于UPS技術(shù)發(fā)展趨勢的一項專題調(diào)查顯示,90%以上的用戶建設機房時會優(yōu)先考慮高頻機。這些都在表明,高頻化、模塊化的UPS是數(shù)據(jù)中心供電演進的必然方向。UPS電源測試主要目的是的UPS電源的實際技術(shù)指標是否滿足使用要求,人們對于UPS電源測試通常是進行穩(wěn)態(tài)測試和動態(tài)測試與常規(guī)測試這三類,但是除此之外,UPS電源的測試內(nèi)容還有其他種。

      UPS電源的測試一般包括穩(wěn)態(tài)測試和動態(tài)測試和常規(guī)測試三類。穩(wěn)態(tài)測試是在空載、50%額定負載以及100%額定負載條件下,測試輸入端和輸出端的各相電壓、線電壓、空載損耗、功率因數(shù)、效率、輸出電壓波形、失真度以及輸出電壓的頻率等。動態(tài)測試一般是在負載突變(一般選擇負載由0%~100%和由100%~0%)時,測試UPS輸出電壓波形的變化,以檢驗UPS的動態(tài)特性和能量反饋通路。常規(guī)測試是測試其過載能力和檢測蓄電池。

      對于一臺UPS來說,進行上述3項內(nèi)容的測試就可以了,但對于大批生產(chǎn)的UPS還必須進行專項測試。專項測試可用抽樣的方式進行,其內(nèi)容有:

      (1)在額定負載為超前及滯后兩種情況下,觀測UPS電源輸出的穩(wěn)壓效果。

      (2)小負載條件下的效率測試。在25%~35%的額定負載(滯后)條件下,質(zhì)量好的UPS電源,效率可超過80%。

      (3)頻繁操作試驗。此項試驗包括頻繁起動與頻繁轉(zhuǎn)換。

      ①頻繁起動的目的在于檢驗逆變器、鎖相環(huán)、靜態(tài)開關和濾波電容的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。其方法是起動UPS電源,當逆變器起動成功,有輸出電壓和輸出電流,并且達到技術(shù)要求后,帶負載運行;然后減去負載,停機,再起動UPS電源。這樣連續(xù)多次操作。

     、陬l繁切換試驗。主要是檢測轉(zhuǎn)換時供電有無斷點,在線式UPS電源是不應該出現(xiàn)斷點的。

      (4)充電器的起動試驗。為了保護蓄電池,避免充電器起動時對電網(wǎng)的沖擊,一般UPS的充電器起動,均有限流起動功能,充電器由起動到正常運行的過渡過程,時間一般在10s以上,電流一般限定在蓄電池容量的1/10。

      (5)不帶蓄電池加載試驗。UPS電源不帶蓄電池時,UPS只具有穩(wěn)壓功能。不帶蓄電池情況下加負載,可以檢驗整流器的動態(tài)性能。一般要求在20ms內(nèi)保證輸出電壓恢復到(100±1)%以內(nèi)。對于這一功能,不同UPS有不同的設計。

      (6)高次諧波測試。一般UPS的高次諧波分量總和小于5%,可用諧波分析儀來測試。良好的UPS能全部濾掉11次諧波以下的全部諧波,而且波形很穩(wěn)。選用UPS也應盡量選用不含11次諧波以下諧波的UPS。

      (7)輸出短路試驗。此種試驗一般不予進行,以防損壞UPS電源設備。這是因為有的UPS的輸出短路保護功能不夠完善。對于具有旁路電源的UPS,進行輸出短路測試時,必須在斷開旁路電源的情況下進行。否則當輸出短路時,UPS電源會在限流的同時,將負載切入旁路電源,會燒斷旁路電源保險絲來進行保護。這樣,既看不出輸出短路保護的限流情況,還將燒毀旁路電源的保險絲,是應該避免的。

      UPS電源的測試內(nèi)容還可有,如溫升保護性能試驗、工作溫度試驗、振動試驗、耐壓試驗、蓄電池再充電試驗、高溫試驗、高濕試驗、可靠性試驗和不同性質(zhì)的負載試驗等等。作為一個產(chǎn)品正式生產(chǎn),尤其是批量生產(chǎn)時,上述內(nèi)容都有必要測試。但作為用戶對產(chǎn)品的鑒定和驗收,一般進行靜態(tài)測試、動態(tài)測試和常規(guī)測試就可以了。UPS電源作為商場、超市、銀行、基站等大型公司的后備儲能電源有著重中之重的超然地位,除了有保護設備防斷電的的功能外,還肩負穩(wěn)壓的作用。所以有了UPS電源才使我們的工作和日常生活井井有序?墒峭缓鲆暰S護,人們認為UPS電源是免維護的,而不加以重視,從而減少了UPS的使用壽命。

      UPS電源在室溫正常條件下且正常使用時,一般密封免維護鉛酸電池的浮充使用壽命3-5年。但是很多人為因素卻會使UPS電源的壽命大大縮短?梢奤PS電源沒有合理維護會影響adw正常使用壽命,因此以下有幾個注意的事項。

      1、電池使用環(huán)境要求溫度在0度到40度之間,避免陽光直射并保持清潔。

      2、正常時,電池每隔3-6個月充、放電一次,放電后標準機的充電時間應不少于10小時。

      3、UPS電源長期閑置不用,需做到每3-6月充電一次。

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