分析數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率

包銀秀

（中國(guó)民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

分析數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率

包銀秀

（中國(guó)民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

本文主要分析了數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率。在實(shí)際工作中，普遍定義方法以及相關(guān)計(jì)算法均產(chǎn)生不一致的作用，對(duì)數(shù)據(jù)中心用電量的能效進(jìn)行有效的分析，同時(shí)完成兩種主流可靠電源UPS以及HVDC的個(gè)體以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。同時(shí)本文還分析了在供配電系統(tǒng)中UPS的效率情況，本文對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率的分析提供相應(yīng)的借鑒以及參考。

數(shù)據(jù)中心；UPS系統(tǒng)；HVDC系統(tǒng)；不同效率

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)于傳統(tǒng)電信、金融以及政府等行業(yè)中逐漸使用IT信息技術(shù)，其技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)大趨勢(shì)，人們關(guān)于數(shù)據(jù)方面的需求量同時(shí)也實(shí)現(xiàn)持續(xù)的增長(zhǎng)，在上述的基礎(chǔ)上促使數(shù)據(jù)中心逐漸生成。數(shù)據(jù)中心電力基礎(chǔ)架構(gòu)中的UPS是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，UPS其身份為關(guān)鍵的電源，主要的作用就是對(duì)各類(lèi)服務(wù)器以及相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備保持穩(wěn)定、可靠、持續(xù)地工作提供切實(shí)的保障，將那部分來(lái)自市電以及環(huán)境所造成的影響順利的屏蔽掉。最為原始的是后備式，隨著在線互動(dòng)式實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展，直到目前的雙變換實(shí)現(xiàn)逐漸的在線式[1]。主要功率器件的選擇也實(shí)現(xiàn)了基本的發(fā)展，傳統(tǒng)形式是選取晶閘管以及MOSFET，今天發(fā)展選擇IGBT，其主要涉及到的品牌有以下幾種：科華、索克曼、伊頓、施耐德、艾默生等，單機(jī)功率可明顯的達(dá)到MVA級(jí)。在實(shí)際工作中，因?yàn)榇嬖赨PS的作用，數(shù)據(jù)中心因?yàn)樯鲜鲈驅(qū)е麻L(zhǎng)期存在其能量利用率非常低等情況。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源危機(jī)以及節(jié)能減排情況日益突出，從根本上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能顯得十分重要。發(fā)展至20世紀(jì)90年代末期，高壓直流電源（HighVoltage Direct Current HVDC）是一種新型的電源[2]，高壓直流電源的能效指標(biāo)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)主流UPS的全部超越，所以，HVDC目前已經(jīng)逐漸發(fā)展成為數(shù)據(jù)中心的電源新選擇之一。

2 分析數(shù)據(jù)中心用電量的能效

UPS并不是在數(shù)據(jù)中心的電力環(huán)境中單獨(dú)存在的，一般情況下，需要適當(dāng)?shù)氖褂靡徊糠蛛娎|、風(fēng)扇等其他的相關(guān)設(shè)備，跟這部分相關(guān)設(shè)備完成數(shù)據(jù)中心電力基礎(chǔ)架構(gòu)的構(gòu)建，數(shù)據(jù)中心低效中IT供電鏈路最為主要的環(huán)節(jié)之一。所以，數(shù)據(jù)中心電力消耗效率模型詳細(xì)如圖1所示[3]，在下圖中，存在以下情況，設(shè)備總輸入其中低于50.00%的是最終給IT負(fù)載使用的。但是，制冷消耗需要除外，在電力轉(zhuǎn)換的過(guò)程和路徑上存在大部分的能量損耗。

圖1 數(shù)據(jù)中心電力消耗效率模型示意圖

一個(gè)“超微型”[4]數(shù)據(jù)中心含有總負(fù)載100WIT的，275W總電能的分解示意圖如圖2所示，分析圖2我們可以得到，想要給終端負(fù)載輸送100W的電能，那么總共需要完成高達(dá)275W以上電能的消耗：

圖2 “超微型”數(shù)據(jù)中心示意圖

想要在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域完成效率的度量以及比較，一般情況下，都會(huì)通過(guò)電能的使用效率來(lái)定義PUE，即：PUE=所有設(shè)備的耗電量/IT設(shè)備的耗電量?？煞纸釶UE得到：PUE=制冷能效因子（CLF）+供配電能耗因子（PLF）+1}PLF表示在每瓦IT負(fù)載上供配電系統(tǒng)的損耗。所以，在實(shí)際工作中，我們可以通過(guò)PLF指標(biāo)來(lái)表征數(shù)據(jù)中心的能效，在上述的基礎(chǔ)上度量以及比較IT負(fù)載能源的效率[5]。

3 分析在供配電系統(tǒng)中UPS的效率

如果是單臺(tái)的UPS，效率會(huì)直接受到效率曲線表明帶載率的影響，也就是效率曲線表明帶載率越低其產(chǎn)生的效率就會(huì)越低，效率曲線表明帶載率越高，其產(chǎn)生的效率就會(huì)越高，但是數(shù)據(jù)中心中UPS直接關(guān)系到其他各種電力基礎(chǔ)設(shè)施。想要在實(shí)際工作中，對(duì)UPS效率情況進(jìn)行真實(shí)地觀察，那么就需要宏觀地站在數(shù)據(jù)中心的角度完成有效的分析。分析UPS效率以及UPS負(fù)載的百分比情況，得到圖3。分析圖3我們可以得到實(shí)際給IT負(fù)載消耗的電量就是方格部位，UPS內(nèi)部的損耗大小則由斜線柱來(lái)表示，方格柱其大小占整根柱長(zhǎng)的百分比則指的是設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效率。在實(shí)際工作中，分析實(shí)際數(shù)據(jù)得到，損耗百分比斜線柱部分一般會(huì)被分為以下幾個(gè)部分：第一個(gè)部分是No-Load Loss，指的是空載損耗，同時(shí)也是指空載時(shí)的損耗大小?？蛰d損耗主要指的是風(fēng)扇以及熱損等部分，其損耗占總損耗比例≥40.00%[6]。第二個(gè)部分是指Square-Law Loss，指平方律損耗，同時(shí)也指的是隨負(fù)載的不斷上漲，會(huì)直接造成元件電流增大所產(chǎn)生的一部分損耗，同時(shí)很IZ-R損耗關(guān)系存在明顯的相似之處，其主要以一種熱能的形式完成外部散播。第三個(gè)部分是Proportional Loss，指的是比例損耗，同時(shí)也指損耗變化跟負(fù)載量呈現(xiàn)正比，其主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：①功率器件開(kāi)關(guān)損耗；②驅(qū)動(dòng)損耗；③磁性器件鐵損；④其他損耗等。

圖3 UPS效率以及UPS負(fù)載的百分比情況

同時(shí)我們還可以得到，在沒(méi)有負(fù)載的情況下仍然存在一部分難以預(yù)估的空載損耗，也就是說(shuō)不管在哪一種情況下，UPS其本身均會(huì)存在一定程度的損耗電能情況，同時(shí)會(huì)保持恒定的數(shù)量大小，但是在實(shí)際工作中，損耗比率會(huì)受到負(fù)載的直接影響，兩者呈現(xiàn)一個(gè)反比關(guān)系，例如負(fù)載減少，損耗比率增加；負(fù)載增加，損耗比率減少。但是第三種損耗其呈現(xiàn)的主要是等比例的細(xì)小的變化。第二種損耗一般情況下均在導(dǎo)線以及開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上存在，其所占的比例非常的小，所以其不會(huì)隨著負(fù)載的變化而發(fā)展巨大的變化，不會(huì)對(duì)那部分輸送給負(fù)載功率百分比產(chǎn)生影響，所以，總體而言，一般情況下，工作效率跟負(fù)載之間的關(guān)系還是較為明顯的，負(fù)載的增加，工作效率就會(huì)發(fā)生一定幅度的提升，在實(shí)際工作中，我們可以選擇通過(guò)各款主流UPS的效率圖查閱之后，得到進(jìn)一步的確認(rèn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，如果在實(shí)際工作中，按照實(shí)際情況的需要，更新以及生產(chǎn)效率更高的可靠性更強(qiáng)的HVDC產(chǎn)品，那么其產(chǎn)生的吸引力將會(huì)是非常大的，其產(chǎn)生的作用也是非常大的，可以將其作為一次變革來(lái)看。隨著社會(huì)的發(fā)展，新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度非常的迅速，因?yàn)槟壳岸际侵绷鬏敵龅姆植际诫娔苎b置，例如：風(fēng)能、燃料電池、太陽(yáng)能光伏等分布式電能裝置，該類(lèi)型的分布式電能裝置可以跟HVDC很好地相匹配。所以，將會(huì)在不久的未來(lái)取得非常有效的協(xié)同規(guī)模發(fā)展前景。雖然在目前實(shí)際工作中，那部分原有的高壓直流系統(tǒng)還存在一部分配套產(chǎn)品不齊全以及不規(guī)范等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)的有效統(tǒng)一等各個(gè)方面的問(wèn)題，同時(shí)行業(yè)工作人員對(duì)高壓直流系統(tǒng)所保持的認(rèn)知度還是相對(duì)比較低的，但YDB037-2009隨著相關(guān)規(guī)定的頒布。促使HVDC的市場(chǎng)開(kāi)拓以及發(fā)展在行業(yè)層面完成預(yù)熱工作，促使其未來(lái)的發(fā)展道路實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步便捷化，同時(shí)HVDC的市場(chǎng)開(kāi)拓還上游廠商、下游廠商創(chuàng)造了福利，例如：為其提供清晰接口。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，只要國(guó)家出臺(tái)關(guān)于“綠色能源”的政策條例，那么我們就可以將UPS完全替代，使用HVDC完全替代，同時(shí)促使HVDC實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣。促使HVDC實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的智能化、精細(xì)化、模塊化，促使未來(lái)的數(shù)據(jù)中心電源應(yīng)用實(shí)現(xiàn)有效化，促使節(jié)能途徑以及發(fā)展的方向?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步明確。

[1]PRATT A，KUMARumar P，Aldridge T V.Evaluation400 V DC disliatrilmtion in Trloo aml data orntrrs to improve energy effioienc；y[C].IEEE Intelec；Conf，2012：32～9.

[2]孫 超.拓展訓(xùn)練引入初中體育與健康課程的實(shí)驗(yàn)研究[D].揚(yáng)州大學(xué)，2013，121.

[3]郭亦興.數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)分析與節(jié)能探討[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2013，5，25.

[4]閆闖.我國(guó)高等院校拓展訓(xùn)練課程教學(xué)理論的研究[D].北京體育大學(xué)，2012，666.

[5]尹磊杰.初中生拓展訓(xùn)練的課程設(shè)計(jì)[D].陜西師范大學(xué)，2012，320.

[6]關(guān)通.應(yīng)用于IDC機(jī)房供電系統(tǒng)的HVDC電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012：224～225.

TN86

A

1004-7344（2016）08-0299-02

2016-3-5

包銀秀（1985-），女，助理工程師，本科，主要從事民航空管系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)管理工作。