不間斷電源高效模式在數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的應(yīng)用

盧 敏，周宏渝，李海平，卿 波

（萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)（成都）實(shí)業(yè)有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

數(shù)據(jù)中心作為巨量數(shù)據(jù)的交換、存儲(chǔ)樞紐，其高度可靠的電力供應(yīng)保證處于中心地位。數(shù)據(jù)中心節(jié)能需基于不降低電力可靠性的情況進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。在應(yīng)用不間斷電源的高效模式時(shí)，需要在不降低電力供應(yīng)可靠性的情況下采取各種措施進(jìn)行充分的分析驗(yàn)證。本文從不間斷電源高效模式應(yīng)用的理論分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及實(shí)際應(yīng)用注意事項(xiàng)3個(gè)角度，對(duì)不間斷電源高效模式在數(shù)據(jù)中心行業(yè)應(yīng)用對(duì)電力供應(yīng)可靠性的影響進(jìn)行分析。

1 電力供應(yīng)可靠性影響

1.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)中心供電連續(xù)性的要求

舊國(guó)標(biāo)GB50174—2008對(duì)供電連續(xù)性的要求[1]：（1）A級(jí)數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器斷電時(shí)間＜4 ms；（2）B級(jí)數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器斷電時(shí)間＜10 ms。

新國(guó)標(biāo)GB50174—2017對(duì)供電連續(xù)性的要求[2]：（1）A/B級(jí)數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器斷電時(shí)間＜10 ms；（2）新國(guó)標(biāo)相對(duì)于舊國(guó)標(biāo)，對(duì)斷電持續(xù)時(shí)間有所放寬。

1.2 不間斷電源斷電時(shí)間對(duì)服務(wù)器供電連續(xù)性的影響

不間斷電源采用高效模式的情況下（靜態(tài)旁路供電），如果發(fā)生靜態(tài)旁路掉電，由于不間斷電源必然存在對(duì)靜態(tài)旁路掉電的檢測(cè)、判斷及切換環(huán)節(jié)，理論上必然存在對(duì)服務(wù)器的瞬時(shí)斷電。不間斷電源供電電壓正弦波形如圖1所示（以單相為例），周期時(shí)間T0=20 ms，Tc為斷電持續(xù)時(shí)間，Ts為斷電起始時(shí)間。根據(jù)電路原理[3]，受電設(shè)備是否掉電取決于其供電電壓的有效值?，F(xiàn)分析斷電持續(xù)時(shí)間及斷電起始時(shí)刻對(duì)供電電壓有效值的影響。

圖1 供電電壓波形

其中，U為斷電及其持續(xù)Tc時(shí)間后的電壓有效值，Umax為正弦電壓峰值，w為角速度，T為周期，Tc為斷電持續(xù)時(shí)間。

UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間為10 ms和4 ms的計(jì)算結(jié)果列表，分別如表1、表2所示。從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間為10 ms時(shí)，所在周期有效值為額定值的70.7%。從表2的計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)UPS靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間為4 ms時(shí)，所在周期有效值最低為額定值的80.5%，最高為額定電壓的97.5%。

從計(jì)算結(jié)果可以看到，切換時(shí)間越短，對(duì)電壓有效值的影響越小。在斷電持續(xù)時(shí)間為4 ms的情況下，周期內(nèi)電壓降低到額定值的80.5%～97.5%；在斷電持續(xù)時(shí)間為10 ms的情況下，周期內(nèi)電壓降低到額定值的70.7%。

表1 靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間為10 ms時(shí)對(duì)受電設(shè)備電壓的影響

表2 靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間為4 ms時(shí)對(duì)受電設(shè)備電壓的影響

由于當(dāng)前服務(wù)器和交換機(jī)的工作電壓均范圍很寬（100～240 VAC）。因此，理論分析計(jì)算，不間斷電源采用高效模式的情況下，斷電10 ms及以下不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器掉電。數(shù)據(jù)中心行業(yè)中，不間斷電源不僅給服務(wù)器供電，還給其他負(fù)荷供電，其中最重要的是通過(guò)變頻器為冷凍泵供電，而變頻器為電壓敏感設(shè)備。因而，在分析不間斷電源高效模式的應(yīng)用中，應(yīng)重點(diǎn)考慮為變頻器供電的情況。

2 不間斷電源高效模式的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

單機(jī)高效模式運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)斷開(kāi)靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)QF1，觀察下游負(fù)載是否斷電；（2）并機(jī)高效模式運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)一次斷開(kāi)靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)QF1和QF4，觀察下游負(fù)載是否斷電。

通過(guò)對(duì)4個(gè)品牌2種類型的UPS，按圖2和圖3的模式進(jìn)行高效模式驗(yàn)證[4]，驗(yàn)證結(jié)果如表3所示。

圖2 單機(jī)UPS高效模式調(diào)試

3 不間斷電源高效模式實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

通過(guò)對(duì)品牌2和品牌3并機(jī)進(jìn)行高效模式驗(yàn)證，存在共性問(wèn)題和特性問(wèn)題。

3.1 共性問(wèn)題

（1）品牌2和品牌3在低負(fù)荷情況下，只要保證有1臺(tái)不間斷電源的靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)工作正常，即使其他不間斷電源的主路和靜態(tài)旁路都斷開(kāi)，并機(jī)不間斷電源仍將保持高效模式運(yùn)行且無(wú)法發(fā)出告警；

（2）品牌2和品牌3在高效模式下運(yùn)行，不同不間斷電源靜態(tài)旁路分擔(dān)的負(fù)荷比例不同（施工中電纜長(zhǎng)度不一致引起）。由于不同品牌對(duì)不間斷電源高效模式切換判斷邏輯不同，可能導(dǎo)致部分品牌不間斷電源因施工問(wèn)題而無(wú)法進(jìn)入高效模式，需在施工中引起高度重視。

圖3 并機(jī)UPS高效模式調(diào)試

3.2 特性問(wèn)題

（1）品牌2在高效模式下運(yùn)行，斷開(kāi)蓄電池開(kāi)關(guān)，不間斷電源保持在高效模式運(yùn)行。品牌3在高效模式下運(yùn)行，斷開(kāi)蓄電池開(kāi)關(guān)，不間斷電源切換為逆變模式工作。調(diào)試中需要對(duì)不同品牌的不間斷電源進(jìn)行全面驗(yàn)證，以充分了解不同品牌設(shè)備的運(yùn)行邏輯。

表3 驗(yàn)證結(jié)果

（2）品牌3并機(jī)，若先單獨(dú)開(kāi)啟一臺(tái)機(jī)并運(yùn)行在高效模式，然后再加開(kāi)一臺(tái)機(jī)，可能導(dǎo)致加開(kāi)設(shè)備運(yùn)行在高效模式，而原設(shè)備運(yùn)行在逆變模式，導(dǎo)致運(yùn)行模式不一致。不同設(shè)備間產(chǎn)生功率循環(huán)可能引起潛在的設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。調(diào)試中需要對(duì)不同品牌的不間斷電源進(jìn)行全面驗(yàn)證，以充分了解不同品牌設(shè)備的運(yùn)行邏輯，從而避免潛在的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

（1）不間斷電源高效模式應(yīng)用于為服務(wù)器供電，在切換時(shí)間小于10 ms的情況下，可充分保證服務(wù)器供電可靠性；

（2）不間斷電源高效模式應(yīng)用于為變頻器設(shè)備供電，在切換時(shí)間小于4 ms的情況下，可充分保證變頻器供電可靠性；

（3）并機(jī)不間斷電源高效模式下會(huì)產(chǎn)生不均流現(xiàn)象，需要在施工過(guò)程中盡可能讓各不間斷電源輸出電纜長(zhǎng)度一致，盡可能減少不均流現(xiàn)象；

（4）部分品牌不間斷電源高效模式運(yùn)行，可能因操作不當(dāng)導(dǎo)致不同不間斷電源間同時(shí)存在逆變模式和旁路模式同時(shí)運(yùn)行的情況并存在潛在設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)；

（5）并機(jī)不間斷電源高效模式運(yùn)行時(shí)，在低負(fù)荷情況下存在靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)跳閘而不間斷電源本身無(wú)法檢測(cè)并發(fā)出告警的現(xiàn)象，需加強(qiáng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)跳閘監(jiān)控及現(xiàn)場(chǎng)巡視。