通信數(shù)據(jù)中心模塊化UPS智能休眠機(jī)能研究

李佳 徐巖

【摘要】隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)UPS系統(tǒng)的可用性、可運(yùn)維性、可擴(kuò)容性等提出了更高的要求。本文分析了設(shè)置模塊化UPS模塊智能休眠機(jī)能的必要性、保護(hù)機(jī)制和節(jié)能效果，建議通信數(shù)據(jù)中心配備具備模塊智能休眠技術(shù)的UPS設(shè)備，其對(duì)初期投資、后期維護(hù)和成本節(jié)省有較大益處。

【關(guān)鍵詞】模塊化UPS;智能休眠;效率;節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-0348（2020）014-004-03

Abstract： With the continuous expansion of the data center， higher requirements are put forward for the availability， operation and maintenance， and scalability of THE UPS system. This paper analyzes the necessity， protection mechanism and energy-saving effect of setting up intelligent sleep function of modular UPS module， and suggests that communication data center should be equipped with UPS equipment with module intelligent sleep technology， which is beneficial to initial investment， later maintenance and cost saving.

Key words： modular UPS ?intelligent sleep ?efficiency ?energy saving

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)系統(tǒng)可用性、可運(yùn)維性、可擴(kuò)容性等提出了更高的要求。UPS作為數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，具備高效率、低能耗的UPS越來(lái)越受到人們的推崇。在此背景下，各廠家為迎合綠色、高效、易擴(kuò)容、易維護(hù)等需求，陸續(xù)推出模塊化UPS，傳統(tǒng)塔式UPS的地位正在面臨挑戰(zhàn)。表1是各形態(tài)UPS的性能比較。

從各項(xiàng)性能比較，可以看出模塊化UPS具有體積小、功率高、安裝維護(hù)方便、環(huán)保性能好、節(jié)能效果好、擴(kuò)展性能、冗余性能和穩(wěn)定性能大大提高等優(yōu)勢(shì)，受到廣大用戶的青睞。從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)、采購(gòu)成本、維護(hù)成本來(lái)看，除個(gè)別場(chǎng)景外，高頻模塊化UPS的各方面指標(biāo)是優(yōu)于傳統(tǒng)的工頻UPS。模塊化UPS特別是具備模塊節(jié)能休眠功能的UPS將成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，也將成為新建數(shù)據(jù)中心的首選。

1. 啟用模塊智能休眠機(jī)能的必要性分析

1.1 現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷的要求

中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)2017年第30號(hào)文《關(guān)于開(kāi)展2017年基礎(chǔ)設(shè)施專(zhuān)業(yè)降本增效專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)的通知》中“根據(jù)中國(guó)聯(lián)通核心局房基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)運(yùn)行支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)，……現(xiàn)網(wǎng)交流UPS系統(tǒng)平均負(fù)荷率不足25%，本次專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)擬在保證UPS系統(tǒng)至少有1臺(tái)備機(jī)且系統(tǒng)負(fù)載率不超40%情況下，退出超配UPS，將全網(wǎng)平均負(fù)荷提高到35%?！笨梢钥闯觯覀僓PS設(shè)備的現(xiàn)網(wǎng)資源符合率不高，造成能耗較高，資源浪費(fèi)，先采用的退出超配UPS的節(jié)能方式，安全性能大打折扣。

1.2 負(fù)載設(shè)備余留節(jié)能空間

IT設(shè)備一般需要24小時(shí)無(wú)間斷工作，即使業(yè)務(wù)量較低時(shí)也會(huì)消耗大量電能。通常而言，UPS在低負(fù)載率時(shí)效率都不高，支持模塊休眠的UPS可以通過(guò)休眠多余模塊來(lái)提升系統(tǒng)整體效率。而實(shí)際應(yīng)用中，UPS的負(fù)載即IT設(shè)備，在一天之中的某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的負(fù)載量會(huì)較小，此時(shí)UPS的智能休眠功能就會(huì)起到作用，為我們節(jié)約大量電能和成本。

1.3 UPS提高效率使然

圖1某廠家提供的一個(gè)功率為50KVA輸出功率為0.9的功率模塊效率-負(fù)載量曲線圖。從圖可以看出，當(dāng)負(fù)載量在20%以下時(shí)，系統(tǒng)效率低于90%;當(dāng)負(fù)載量超過(guò)40%時(shí)，系統(tǒng)效率可達(dá)到94%以上。

2. 模塊智能休眠機(jī)能設(shè)置及保護(hù)分析

實(shí)現(xiàn)模塊智能休眠機(jī)制，不僅是要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和節(jié)能性，更要保障系統(tǒng)的安全性和可靠性。因而需要對(duì)進(jìn)入和退出休眠的所有條件進(jìn)行深入剖析，確保系統(tǒng)效率提高的前提下，保障設(shè)備的高可靠性。下面詳細(xì)分析休眠機(jī)制及各種保護(hù)。

2.1 智能休眠模式需有使能開(kāi)關(guān)

智能休眠模式作為模塊化UPS運(yùn)行的一種節(jié)能模式，應(yīng)具備使能設(shè)置，配備啟動(dòng)或關(guān)閉選項(xiàng)功能。在必要的前提下，啟動(dòng)節(jié)能功能。啟動(dòng)后，節(jié)能模式運(yùn)行，關(guān)閉后，退出休眠模式。

2.2 智能休眠模式需設(shè)置休眠負(fù)載量及退出休眠負(fù)載量

使用智能休眠模式需要確定一個(gè)進(jìn)入休眠模式的負(fù)載量，當(dāng)負(fù)載量低于該值時(shí)則執(zhí)行休眠，否則退出。為滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求，休眠負(fù)載量也可手動(dòng)設(shè)置。另外，當(dāng)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)時(shí)，負(fù)載量超過(guò)一定值后，系統(tǒng)應(yīng)該自動(dòng)退出休眠模式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 智能休眠模式需設(shè)置休眠輪詢時(shí)間

模塊化UPS執(zhí)行休眠模式時(shí)，一部分功率模塊是不輸出的，負(fù)載由另一部分功率模塊來(lái)承擔(dān)。為保持整個(gè)系統(tǒng)每個(gè)功率模塊的壽命基本一致，功率模塊的休眠應(yīng)進(jìn)行輪詢執(zhí)行，建議10天一輪詢。

2.4 智能休眠模式的故障保護(hù)

執(zhí)行智能休眠的前提條件是UPS系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。如果出現(xiàn)停電、模塊故障或重大事故，UPS系統(tǒng)應(yīng)立即退出休眠模式，保障系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2.5 智能休眠模式的過(guò)載保護(hù)

模塊化UPS處于休眠模式時(shí)，休眼的模塊，其整流和逆變電路處于不工作狀態(tài)。退出休眠時(shí)，功率模塊的重新啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載，系統(tǒng)將先轉(zhuǎn)旁路，再根據(jù)負(fù)載量進(jìn)行一下步動(dòng)作，避免模塊還未啟動(dòng)，系統(tǒng)就已癱瘓的情況出現(xiàn)。

3. 啟用模塊智能休眠機(jī)能的節(jié)能效果分析

因機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)條件和環(huán)境的影響，本節(jié)能效果分析采用和某廠家合作，共同實(shí)驗(yàn)測(cè)試。本次實(shí)驗(yàn)的模塊化UPS具有10個(gè)功率模塊，容量為200KVA，進(jìn)入休眠的負(fù)載量設(shè)置為70%。選取11個(gè)負(fù)載檔位進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

從圖表2中可看出：當(dāng)負(fù)載率低于30%時(shí)，休眠前后效率差距較大，休眠后效率明顯提高;當(dāng)負(fù)載率達(dá)到80%時(shí)，休眠前后效率接近相等。

我們以負(fù)載量為20%為例，計(jì)算節(jié)省耗電量。負(fù)載量為20%，對(duì)應(yīng)表中的檔位3，可看出效率提高了92-88.12=3.88%，一天節(jié)省耗電量24*（26.1-25）=26.4度，節(jié)省電費(fèi)26.4*0.7=18.48元。這樣算來(lái)，節(jié)省的費(fèi)用也是相當(dāng)可觀的，是值得投資和推廣的。

4. 總結(jié)

在現(xiàn)代模塊化數(shù)據(jù)中心中，UPS系統(tǒng)趨向于并機(jī)設(shè)計(jì)，服務(wù)器普遍采用雙電源輸入，各種因素導(dǎo)致UPS單機(jī)帶載率普遍小于40%，致使UPS設(shè)備的運(yùn)行效率普遍不高。而傳統(tǒng)的N+1UPS冗余系統(tǒng)，很難對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，目前我們普遍做法是停止一臺(tái)冗余UPS，達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的。通過(guò)本文分析，我們建議在采購(gòu)容量200KVA以下的UPS設(shè)備時(shí)，采購(gòu)具備智能模塊休眠管理技術(shù)的模塊化UPS設(shè)備，它可根據(jù)實(shí)際帶載量，調(diào)整、優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部各模塊部件的運(yùn)行狀態(tài)，使UPS的實(shí)際工作效率達(dá)到最佳。同時(shí)，在初期投資時(shí)，節(jié)省了建設(shè)投資，在以后的維護(hù)過(guò)程中，可按需擴(kuò)容，提升效率，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

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