IT設(shè)備電源供應(yīng)器性能對數(shù)據(jù)中心能耗的影響

余寧+馬鑫軍

【摘要】 在當(dāng)前的社會中，能耗問題已經(jīng)成為了一個較為嚴(yán)重的問題，在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢下，數(shù)據(jù)中心能耗問題受到了越來越多人的關(guān)注。對于數(shù)據(jù)中心能耗來說，IT設(shè)備電源供應(yīng)器的性能會對其產(chǎn)生較大的影響?；诖耍疚闹胤治隽薎T設(shè)備電源供應(yīng)器性能對數(shù)據(jù)中心能好的影響，并對高性能電源供應(yīng)器的實現(xiàn)進行了研究。

【關(guān)鍵詞】 IT設(shè)備 電源供應(yīng)器 性能 數(shù)據(jù)中心 能耗

前言：

通信行業(yè)是我國的一個重要行業(yè)，在通信行業(yè)當(dāng)中，每年的耗電量均超過了300億kWh。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在運營商數(shù)據(jù)中心，耗電量占比正在逐漸增加。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的不斷完善，數(shù)據(jù)中心能耗問題將會更加嚴(yán)峻。因此，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排問題就具有了更為重要的意義。對于數(shù)據(jù)中心能耗來說，IT設(shè)備電源供應(yīng)器的性能會對其產(chǎn)生較大的影響。因此，應(yīng)當(dāng)致力于研究和實現(xiàn)高性能電源供應(yīng)器，從而降低數(shù)據(jù)中心的能耗，實現(xiàn)良好的可持續(xù)發(fā)展。

一、數(shù)據(jù)中心能耗分析

在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中，能耗主要來自于存儲器、服務(wù)器等IT設(shè)備，以及辦公照明、空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等物理基礎(chǔ)設(shè)施。其中，兩個部分的能耗大約各占50%，對于IT設(shè)備來說，電源供應(yīng)器大約找到20%的能耗。而基礎(chǔ)物理設(shè)備中，供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等能耗較大。對于基礎(chǔ)物理設(shè)備，主要采用新型節(jié)能技術(shù)，例如高壓直流供電技術(shù)、空調(diào)變頻技術(shù)、精確制冷技術(shù)、自然冷卻技術(shù)等。而對于IT設(shè)備來說，能耗控制主要在于主功能單元的節(jié)能運行[1]。不過，在IT設(shè)備電源供應(yīng)器方面，因為其主要是原始設(shè)計商的產(chǎn)品，因而用戶通常會對IT設(shè)備電源供應(yīng)器的能耗控制有所忽視。

二、IT設(shè)備供電分析

2.1效率模型分析

通過對IT設(shè)備供電效率模型的建立，分析IT設(shè)備能耗問題。在當(dāng)前很多數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備中，都應(yīng)用了UPS供電技術(shù)。在傳統(tǒng)供電中，變壓器對市電進行降壓，在諧波治理、低壓配電的基礎(chǔ)上，為UPS提供不間斷電源，通過PDU向IT設(shè)備分配。在以上各個環(huán)節(jié)中，都會造成電能損耗。其中能耗最大的在UPS環(huán)節(jié)，其運行效率通常為90%左右，而如果UPS系統(tǒng)冗余配置較高，負(fù)載率較低，則運行效率還會更低[2]。因此，在這種情況下，當(dāng)IT設(shè)備電源供應(yīng)器提高1%的效率，能夠降低1.18%的能量損耗。同時，以3.2的空調(diào)能效比計算，空調(diào)系統(tǒng)耗電量可下降0.37%，因此數(shù)據(jù)中心能耗可降低1.55%左右。

2.2輸入功率因數(shù)影響

IT設(shè)備電源供應(yīng)器的輸入功率因數(shù)，也會對數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生影響。因此，如果電源供應(yīng)器輸入功率因數(shù)較高，中性線電流、相電流就會相對較低，在電流傳輸當(dāng)中，能耗也可得到降低。同時，能夠?qū)┡潆娤到y(tǒng)電源質(zhì)量進行提升，對系統(tǒng)設(shè)備運行環(huán)境、設(shè)備可靠性等進行改善。80 PLUS認(rèn)證是國際上較為認(rèn)可的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過80 PLUS認(rèn)證的電源供應(yīng)器，能夠降低80%左右的中性線電流和40%左右的相電流。同時，均具有典型正弦波形的電流波形，在波形畸變率、峰值電流等方面，也要小于常規(guī)的電源供應(yīng)器。

三、高性能電源供應(yīng)器實現(xiàn)

3.1電源供應(yīng)器轉(zhuǎn)換效率提升

IT設(shè)備電源供應(yīng)器從以往的線性電源轉(zhuǎn)變?yōu)殚_關(guān)電源，轉(zhuǎn)換效率得到了極大的提升。不過由于開關(guān)電源功率傳輸及電源管理過程損耗的影響，因此轉(zhuǎn)換效率再次提升的難度較大。對此，通過應(yīng)用新的元器件和技術(shù)手段，能夠繼續(xù)提升高性能電源供應(yīng)器的效率，最高可達95%左右[3]。輸入交流電源經(jīng)EMI濾波，由DC-DC、PFC等轉(zhuǎn)換功率，形成電壓等級不同的低壓直流電元，對IT設(shè)備各個功能元件進行供電，能夠?qū)崿F(xiàn)能耗的進一步降低。因此，為了使電源供應(yīng)器的效率得到提升，應(yīng)當(dāng)從各個功能單元或元器件著手。

3.2電源供應(yīng)器功率因數(shù)提升

在當(dāng)前的實際應(yīng)用中，很多功率因數(shù)校正電路，仍然應(yīng)用了升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對有源功率因數(shù)校正技術(shù)進行應(yīng)用，從而能夠提升電源供應(yīng)器功率因數(shù)，使其達到0.99以上。此外，在行業(yè)內(nèi)，正在研究和應(yīng)用無橋PFC、交錯式PFC、降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)PFC等技術(shù)，從而能夠進一步降低能量損耗，實現(xiàn)功率因數(shù)的進一步提升。

四、結(jié)論：

在當(dāng)前社會中，各行各業(yè)都在倡導(dǎo)節(jié)能減排的發(fā)展趨勢，對于通信行業(yè)來說，由于數(shù)據(jù)中心的高能耗問題，使得節(jié)能減排效果并不理想。在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中，IT設(shè)備電源供應(yīng)器是一個容易被忽視的部分，而其具有較大的節(jié)能減排潛力。因此，基于研究IT設(shè)備電源供應(yīng)器性能對數(shù)據(jù)中心能好的影響，對高性能IT設(shè)備電源供應(yīng)器進行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)更為理想的節(jié)能降耗目標(biāo)。

參 考 文 獻

[1]高凱亮， 周荔丹. 數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的效率比較[J]. 電器與能效管理技術(shù)， 2015（15）：57-61.

[2]孫發(fā)強， 鄢貴海， 李華偉，等. 基于資源配置等效性的數(shù)據(jù)中心能耗優(yōu)化[J]. 高技術(shù)通訊， 2016， 26（4）：323-332.

[3]馬勇， 李敏， 于仕，等. 數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備可視化建模與監(jiān)控平臺技術(shù)研究[J]. 電力信息與通信技術(shù)， 2015， 13（7）：61-64.