數(shù)據(jù)中心供電連續(xù)性要求與備用能源配置方案設(shè)計

張廣明

(中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所，北京 100190)

1 備用能源蓄電池催生了傳統(tǒng)的UPS設(shè)備

對供電系統(tǒng)提出不停電供電的要求是從上世紀(jì)70年代開始的，但在上世紀(jì)90年代之前的幾十年里，不停電供電要求的重點在于市電掉電的不穩(wěn)定過程中保護計算機硬件設(shè)備，在后續(xù)由備用能源供電的時間段內(nèi)存儲計算機運行的中間數(shù)據(jù)，并安全關(guān)機，即所謂的硬件保護和數(shù)據(jù)保護，如圖1所示，為數(shù)據(jù)中心不停電供電功能演變示意圖。

圖1 數(shù)據(jù)中心不停電供電功能演變示意圖

當(dāng)時，技術(shù)成熟并可用做后備能源的技術(shù)和產(chǎn)品只有柴油發(fā)電機和鉛酸蓄電池，鑒于當(dāng)時對不停電供電的主要要求是硬件保護和數(shù)據(jù)保護，所以計算機整機研制單位和專業(yè)電源設(shè)備廠家研發(fā)人員選擇了鉛酸蓄電池作為備用能源，并選擇了最簡單的配置方法，在電網(wǎng)市電的供電回路中，配置相應(yīng)容量的鉛酸蓄電池，如圖2所示。蓄電池是直流儲能能源，把它配置在交流供電電路中，電網(wǎng)市電正常時，電池需要AC/DC轉(zhuǎn)換充電，市電掉電時，需要DC/AC逆變向負(fù)載供電，這就形成了當(dāng)前傳統(tǒng)UPS典型的電路結(jié)構(gòu)形式。

圖2 傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS 設(shè)備電路形成的必然性

在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中簡單配置UPS以形成不停電供電系統(tǒng),這種設(shè)計理念在很長一段時間內(nèi)成為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的主流。但是，有四個概念是需要明確的。

(1)在系統(tǒng)中，主體是蓄電池，為負(fù)載提供備用能源，而UPS設(shè)備為電池服務(wù)。沒有計算機不停電供電要求，就不會在交流輸入電路中配置蓄電池，自然也就不會產(chǎn)生傳統(tǒng)的UPS設(shè)備。

(2)UPS設(shè)備的主要功能是在市電掉電時保證備用能源蓄電池不間斷向負(fù)載供電。IT設(shè)備由開關(guān)電源直接供電，開關(guān)電源輸出電壓性能指標(biāo)完全可滿足IT設(shè)備要求。實際上，大量的計算機設(shè)備一直是由電網(wǎng)直接供電的，諸如UPS普遍應(yīng)用前的計算機供電系統(tǒng)、當(dāng)前的筆記本和臺式機、后備式UPS(相當(dāng)于市電直供)為計算機供電、UPS轉(zhuǎn)旁路(相當(dāng)于市電直供)是UPS一種正常運行模式、科研和教育行業(yè)大型計算機系統(tǒng)等。再者說，由于UPS設(shè)備對電網(wǎng)的適應(yīng)能力(允許的市電電壓幅值、頻率、波形失真等變化范圍)和可靠性水平都比負(fù)載設(shè)備中的開關(guān)電源差，所以改善供電質(zhì)量并非UPS設(shè)計初衷。

(3)由于電池的容量(備用時間)是固定的，在系統(tǒng)運行中不允許添加或更換，而市電故障停電持續(xù)時間是不固定的，所以在系統(tǒng)中簡單的配置UPS設(shè)備，最終是不能保障系統(tǒng)連續(xù)運行的，不能構(gòu)成真正的不停電供電系統(tǒng)。

(4)備用電池容量不是越大越好。由于UPS設(shè)備不能在市電掉電時保證對負(fù)載不停電供電，所以在實際應(yīng)用中，用戶在配置電池容量時的心理狀態(tài)是越大越好，其結(jié)果是在電池成本、占地面積、維護難度等方面都帶來不利的影響。

2 數(shù)據(jù)中心連續(xù)性運行對備用能源設(shè)計提出了更高的要求

2.1 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)備用能源設(shè)計理念的變化

隨著數(shù)據(jù)中心功能的變化和建造技術(shù)的提高，有兩個關(guān)鍵因素極大地影響了對備用能源的設(shè)計理念：一是自上世紀(jì)90年代后，特別是進入21世紀(jì)以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對供電系統(tǒng)運行的連續(xù)性(可用性)提出了越來越高的要求；二是數(shù)據(jù)中心機架平均功率密度出現(xiàn)明顯增大的趨勢，從20世紀(jì)末的1.5～2.0kW/機架到21世紀(jì)初的3.0～5.0kW/機架。這兩個趨勢對傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)備用能源的設(shè)計方法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，促使備用能源設(shè)計理念發(fā)生了兩個非常明顯的重大變化。

(1)必須配置可以連續(xù)運行的備用發(fā)電機系統(tǒng)。由于電網(wǎng)市電掉電柴油發(fā)電機投入運行后，仍可隨時添加燃油保證油機無限期的連續(xù)運行，所以在有供油協(xié)議的情況下，可認(rèn)為油機是一個可長期連續(xù)運行的備用交流能源。

(2)要對數(shù)據(jù)中心所有需要連續(xù)運行的系統(tǒng)和設(shè)備配置備用能源。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心備用能源設(shè)計只注意到市電掉電后由UPS系統(tǒng)保證IT設(shè)備的不間斷運行，而制冷和其他子系統(tǒng)不配備UPS系統(tǒng)供電。特別是制冷系統(tǒng)，市電掉電后，所有的空調(diào)制冷設(shè)備因失去輸入電源而停止運行，此時唯一可利用的冷源是有限的房間空間的余冷。隨著機房機架功率密度的提高，房間余冷可維持IT設(shè)備繼續(xù)運行的時間變得很短，盡管UPS系統(tǒng)有足夠的供電保障時間，而IT設(shè)備卻因制冷不滿足要求而停止運行。高密度機房制冷問題的暴露使規(guī)劃設(shè)計者意識到，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的所有子系統(tǒng)對其高可用度的連續(xù)運行都是至關(guān)重要的，所以要對數(shù)據(jù)中心所有需要連續(xù)運行的系統(tǒng)和設(shè)備配置備用能源。

2.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的基本功能和現(xiàn)狀

圖3顯示了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的典型架構(gòu)，可以看出，整個供電系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)備配置原則是保障數(shù)據(jù)中心整個基數(shù)設(shè)施供電的連續(xù)性。

從備用能源設(shè)計的角度看，可以把備用能源分成兩類。

(1)主備用能源柴油發(fā)電機

主輸入交流能源是電網(wǎng)市電，備用交流能源是備用柴油發(fā)電機，柴油發(fā)電機是唯一最終保證數(shù)據(jù)中心可無限期連續(xù)運行的備用能源，稱之為主備用能源。

圖3 現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的典型架構(gòu)

(2)過渡備用能源UPS系統(tǒng)

冗余的交流輸入能源存在著發(fā)電機啟動延時和兩種交流能源轉(zhuǎn)換的斷電時間，在此時間內(nèi)，系統(tǒng)中的所有設(shè)備都會因交流輸入斷電而停止運行，所以，應(yīng)該對系統(tǒng)中所有的關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備都配置UPS設(shè)備，稱之為過渡備用能源。需要配備過渡備用能源UPS系統(tǒng)的設(shè)備表示在圖4中。

圖4 數(shù)據(jù)中心備用能源功能示意圖

圖5 市電掉電后各種類型的備用能源投入運行的時間和系統(tǒng)工作狀態(tài)

2.3 市電停電后系統(tǒng)運行狀態(tài)及對備用能源的要求

圖5是市電掉電后各種類型的備用能源投入運行的時間和系統(tǒng)工作狀態(tài)。

(1)主備用能源柴油發(fā)電機保證主輸入交流能源的連續(xù)性。

市電掉電，油機捕捉到市電失壓信號后立即進入自動啟動程序，經(jīng)過一段延時后啟動，并通過油機與市電之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS自動切換后，代替市電對整個數(shù)據(jù)中心供電。在圖5中，油機啟動延時和ATS轉(zhuǎn)換總的時間是T1，在T1時間段內(nèi)，整個數(shù)據(jù)中心失去交流輸入供電。油機自動啟動的時間取決于油機系統(tǒng)配置和油機參數(shù)設(shè)置，單臺油機理想的啟動時間在15s左右，ATS自動轉(zhuǎn)換時間為幾百ms。所以，T1的典型規(guī)劃值應(yīng)在30s左右。

(2)過渡備用能源UPS系統(tǒng)保障IT及其他各種設(shè)備的供電連續(xù)性市電掉電后，需要UPS系統(tǒng)保護的除IT設(shè)備之外，還包括圖4所示的機房中其他需要連續(xù)運行的系統(tǒng)和設(shè)備。圖5中，UPS電池逆變供電的時間是T1，待油機啟動切換后，UPS就立即恢復(fù)到交流輸入逆變狀態(tài)，此時的交流輸入電壓來自柴油發(fā)電機。TI也是備用電池的最小備用時間，或者說是電池的可利用備用時間。

(3)空間余冷保障低平均功率密度機房IT設(shè)備制冷的連續(xù)性。

市電掉電后，對于一般配置精密空調(diào)的機房，此時唯一可利用的冷源是房間空間的余冷。機房空間余冷是有限的，視機房空間高度、機房機架密度(數(shù)量)和實際IT負(fù)荷的大小，余冷的可用時間差別很大，所以有限的余冷能維持機架進風(fēng)溫度由系統(tǒng)正常時的23℃到30℃的時間是一個很大的變數(shù)，在圖5中，由機房余冷維持平均機架功率密度<2kW的機房，IT設(shè)備進風(fēng)溫度由23℃到30℃時間用T3表示。而由機房余冷維持平均機架功率密度>3kW的機房，IT設(shè)備進風(fēng)溫度由23℃到30℃時間用T2表示。

T2和T3的典型值是：機架平均功率密度<2kW，滿負(fù)荷維持時間3～5min；機架平均功率密度3kW，滿負(fù)荷維持時間1～3min；機架平均功率密度≥5kW，滿負(fù)荷維持時間<1min。

(4)冷凍水儲冷罐儲冷保障高平均功率密度機房IT設(shè)備制冷的連續(xù)性。

為了在市電停電后能在油機啟動切換期間保障IT設(shè)備制冷的連續(xù)性，就必須采用冷凍水制冷方案，并配置冷水罐儲備冷水，由儲備的冷水維持高功率密度機房的連續(xù)制冷。當(dāng)然，維持冷水輸送的水泵也要由專用的UPS設(shè)備供電。值得注意的是，不管是傳統(tǒng)精密空調(diào)，還是冷凍水機組，在輸入電源恢復(fù)正常時，都存在較長的制冷功能恢復(fù)延時時間，視制冷設(shè)備類型和型號的不同，此時間的典型值在3min左右。也就是說，冷水罐儲冷維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的時間，應(yīng)包括油機啟動切換延時和制冷設(shè)備恢復(fù)制冷功能延時兩個時間。在圖5中，制冷設(shè)備啟動延時制冷的時間用T4表示。而冷水罐儲冷維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的最小時間用T5表示，且T5=T1+T4。T5是儲冷罐維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的最小時間，也是維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的可利用時間。

(5)油機儲油，保障油機運行的連續(xù)性。

由于市電掉電后需要油機持續(xù)運行的時間是不確定的，油機自行儲油，還包括機房專門配置的儲油箱儲油，總儲油量是個固定量，都不具備保障油機連續(xù)運行的條件，所以，與相關(guān)的燃油供應(yīng)單位簽定燃油供應(yīng)協(xié)議就成為保障油機連續(xù)運行的重中之重。在圖5中，燃油供應(yīng)協(xié)議時間用T6表示，此時間因數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)的供油單位距離、交通條件以及其他不可預(yù)測多種因素有關(guān)，是一個極大的變數(shù)。在供油協(xié)議規(guī)定的時間內(nèi)，就必須由油機自行儲油和機房專門配置的儲油箱儲油，保障油機正常運行，此時間應(yīng)大于燃油供應(yīng)協(xié)議的時間T6，所以T6是油機和專用儲油箱儲油的最小時間，也是油機和專用儲油箱儲油的可利用時間。

3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及常規(guī)規(guī)劃設(shè)計存在的問題

在保障數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施連續(xù)運行和如何正確選擇配置備用能源這個至關(guān)重要的問題上，當(dāng)前在建和已經(jīng)運行的數(shù)據(jù)中心存在著各種各樣的問題，有些問題是規(guī)劃設(shè)計者沒有意識到，因而很多問題被忽視，沒有引起足夠的重視；有些問題是在“必須符合標(biāo)準(zhǔn)”的設(shè)計思想下，硬性引用或套用并不適合數(shù)據(jù)中心的有關(guān)建筑、電力、安全等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)條款；有些即便是專為數(shù)據(jù)中心編制的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也因概念模糊和錯誤而出現(xiàn)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)中心運行連續(xù)性功能的條款。

3.1 兩路市電問題

2N供電系統(tǒng)是當(dāng)前可用性級別最高的供電方案，此方案最根本的特點是前端要有冗余的交流能源，后端要有雙輸入負(fù)載，整個供電系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)都是冗余配置。前端要求兩路完全獨立、相互隔離、彼此冗余的交流能源輸入，在有條件的地區(qū)可以引入第二路市電，條件是兩路市電必須完全隔離。在不具備條件的地區(qū)可以自備柴油發(fā)電機。實際上，自備發(fā)電機才是滿足完全獨立要求的理想的備用市電，自備發(fā)電機完全由用戶控制，包括選購的機型、容量、運行參數(shù)設(shè)置，以及日常維護工作等。

但是，當(dāng)前普遍的做法是，在必須配置備用發(fā)電機的前提下，仍然要求引入兩路市電，并把這一要求寫進標(biāo)準(zhǔn)中，這是對2N方案的錯誤理解。實際上，在發(fā)電機作為主要備用交流能源的情況下，再要求第二路市電，除了增大建設(shè)成本和維護難度外，對整個系統(tǒng)的可用性的提高效果微乎其微。再者，絕大多數(shù)地區(qū)不具備兩路完全獨立的市電，所謂兩路市電，并不是冗余的交流能源輸入，而僅僅是同一電網(wǎng)輸入的兩個冗余傳輸途徑而已。

3.2 備用柴油發(fā)電機問題

備用柴油發(fā)電機是數(shù)據(jù)中心連續(xù)運行的關(guān)鍵設(shè)備，但是由于數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計者盲目引用電力和建筑行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)條款，從而嚴(yán)重限制了它的備用功能。

3.2.1 自動啟動和自動切換問題

有關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)一個用電單位或地區(qū)需要配置備用發(fā)電機時，要嚴(yán)格限制該發(fā)電機的自動啟動和自動切換功能，這一條規(guī)定源于這些發(fā)電機大多是公用設(shè)施，也就是說，它投入運行后可能同時為多個不同單位不同用電系統(tǒng)供電，各用電單位和系統(tǒng)對市電掉電后備用發(fā)電機啟動和運行可能有不同的要求，所以限制自動啟動和自動切換是理所當(dāng)然的。但是，在數(shù)據(jù)中心配置的發(fā)電機需是數(shù)據(jù)中心專用，并且要求必須在規(guī)劃規(guī)定的時間(例如30s、1min或2min)內(nèi)投入運行。人工操作啟動發(fā)電機和切換供電，會受到很多人為因素的影響，很難保證在規(guī)定的時間內(nèi)啟動并投入運行。對于嚴(yán)格要求連續(xù)供電的數(shù)據(jù)中心，市電掉電后備用發(fā)電機不能自動啟動和切換，就等于沒有配置備用發(fā)電機。

3.2.2 發(fā)電機與市電切換級數(shù)問題

同樣因為發(fā)電機大多是公用設(shè)施，不同的用電系統(tǒng)之間必須保證電器隔離，所以有關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)電機與市電的切換開關(guān)ATS要同時切換三相相電壓和N線。ATS動作時同時轉(zhuǎn)換N線，有兩種情況可能造成嚴(yán)重的N線斷開事故，一是ATS動作過程中，可能出現(xiàn)瞬間先斷開N線后斷開相線，或者先接通相線后接通N線的現(xiàn)象；二是在ATS安裝和維護過程中，可能出現(xiàn)N線接觸不良或人為的N線斷開故障。這兩種情況都會造成三相相線接通而N線斷開的故障。眾所周知，在三相系統(tǒng)為單相負(fù)載供電時，由于三相負(fù)載不平衡，三相系統(tǒng)N線斷開時，會燒毀單相負(fù)載。在數(shù)據(jù)中心交流輸入系統(tǒng)中，存在的單相負(fù)載包括照明燈具、空調(diào)制冷設(shè)備控制系統(tǒng)電源、UPS設(shè)備自用電源、風(fēng)扇等。在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中，這種事故屢次發(fā)生。所以，在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，不允許使用同時切換相線和N線的ATS設(shè)備。再者說，數(shù)據(jù)中心要求配置專用備用發(fā)電機，發(fā)電機是數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的一個設(shè)備，不存在發(fā)電機與市電之間的隔離問題，所以最可靠的辦法是發(fā)電機N線直接接在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)地上，發(fā)電機與市電之間用3極ATS設(shè)備切換。

3.2.3 備用發(fā)電機儲油問題

燃油供應(yīng)協(xié)議是保證發(fā)電機不間斷、無限期持續(xù)運行的關(guān)鍵，而發(fā)電機儲油只是在供油協(xié)議期間的過渡措施，所以要求自帶油箱和附加儲油箱的總儲油量的可運行時間要大于協(xié)議供油的時間，至于要大多少，這是用戶根據(jù)自身條件、安全期望程度以及放心程度來決定。但是，有些與備用發(fā)電機相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(也包括數(shù)據(jù)中心的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn))在儲油這一條款中，不強調(diào)必須有供油協(xié)議，而把一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，重點強調(diào)一個固定的儲油時間(例如8h、20h、36h或72h)，特別是把儲油時間與系統(tǒng)安全等級聯(lián)系起來，同樣都配置了備用發(fā)電機，B級機房要求儲油36h，而A級則要求72h，好像同一規(guī)格的發(fā)電機，在B級機房運行會比在A級機房運行可節(jié)油50%。

3.2.4 忽視影響發(fā)電機啟動的負(fù)載因素

備用發(fā)電機能否成功啟動與發(fā)電機容量有關(guān)，還與數(shù)據(jù)中心負(fù)載性質(zhì)有密切關(guān)系。眾所周知，當(dāng)負(fù)載輸入阻抗呈容性特性時，會嚴(yán)重影響發(fā)電機的啟動和運行，這一點常常被規(guī)劃設(shè)計者忽視。由于條件所限，很多數(shù)據(jù)中心建成后只能用電阻性負(fù)載驗證發(fā)電機的帶載啟動能力和運行狀況，但這種做法會為數(shù)據(jù)中心能否連續(xù)運行埋下了重大隱患。

在數(shù)據(jù)中心中，影響發(fā)電機啟動的最典型的容性負(fù)載有三個。

(1)交流輸入電容補償柜

同樣是電力部門的要求，為了避免用電負(fù)載功率因數(shù)對電網(wǎng)造成污染，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所有的用電系統(tǒng)前面必須加電容補償柜，數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計者在不確定數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)輸入功率因數(shù)性質(zhì)和大小的情況下，往往先入為主在設(shè)計圖中配置了這一設(shè)備，當(dāng)數(shù)據(jù)中心配置了高壓柴油發(fā)電機時，該設(shè)備必然影響發(fā)電機的啟動。

(2)工頻機UPS無源濾波器

工頻機UPS在市電掉電后的工作狀態(tài)如圖6所示。此時UPS的工作狀態(tài)是：電池通過DC/AC逆變向負(fù)載供電，輸入端AC/DC控制關(guān)斷，UPS輸入斷路器并未關(guān)斷，此時油機啟動正常后，經(jīng)ATS轉(zhuǎn)換面對的負(fù)載是UPS無源濾波器。待油機啟動切換成功后，UPS檢測到輸入電壓正常后才轉(zhuǎn)到市電供電狀態(tài)。

圖6 市電掉電后UPS的工作狀態(tài)和輸入阻抗特性

通過圖6，要明確幾個概念：1)油機啟動后切換時面臨的是空載UPS；2)油機啟動切換后的負(fù)載與UPS是否緩啟動無關(guān)；3)UPS啟動切換是否成功與UPS的輸入功率因數(shù)和諧波含量無關(guān)(UPS輸入關(guān)閉)；4)在UPS輸入空載(關(guān)斷)情況下，無源濾波器呈現(xiàn)純?nèi)菪宰杩梗?)在UPS1+1冗余系統(tǒng)中，負(fù)載是一臺UPS額定容量的容量，而無源濾波器相對發(fā)電機確是兩臺相加的。

總之，當(dāng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)配置了工頻機UPS時，市電掉電后呈現(xiàn)純?nèi)菪缘臒o源濾波器，會嚴(yán)重影響電機的啟動。

(3)混合式有源濾波器

電力部門防止用電設(shè)備諧波污染的另一種做法，是要求在輸入端加有源濾波器。理由是濾波效果更好，且有源濾波器不會在空載時出現(xiàn)影響發(fā)電機啟動的容性特性。但是，當(dāng)前的有源濾波器產(chǎn)品大多是混合式，是由無源濾波器和有源濾波器并聯(lián)組成，如圖7所示。負(fù)載出現(xiàn)的低次諧波(5、7、11、13等)由無源濾波器濾除，其他高次諧波才由有源濾波器濾除，所以，混合式有源濾波器對發(fā)電機啟動的影響與無源濾波器是一樣的。

圖7 混合式有源濾波器

3.3 UPS備用電池

UPS蓄電池只是在市電掉電后發(fā)電機啟動和切換時間內(nèi)的過渡儲能設(shè)備，電池備用時間必須大于市電掉電后發(fā)電機啟動和切換時間，至于具體大多少時間，也是應(yīng)該由用戶根據(jù)自身條件、安全期望程度以及放心程度來決定，無需用標(biāo)準(zhǔn)對用戶作出硬性規(guī)定，當(dāng)前電池備用時間普遍取值過大，這與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有直接關(guān)系，實際上存在著維護難度增大的弊病和成本、承重等資源的巨大浪費。

3.4 高機架功率密度制冷方案問題

對于高機架功率密度機房，制冷方案有多種形式可以選擇，例如冷熱通道封閉、列間空調(diào)、背板技術(shù)等，這些方案在市電正常時有很好的制冷效果，并且在節(jié)能方面也取得了很好的成效。但是，考慮到市電掉電后的制冷連續(xù)性，不論什么制冷技術(shù)或方案，冷源的屬性都是由系統(tǒng)制冷的連續(xù)性要求決定的，必須采用有儲冷功能的冷源。很多制冷方案規(guī)劃者只注意到市電正常時的制冷效果，一味提高機架平均功率密度，忽視市電停電時是否可以連續(xù)制冷這一關(guān)鍵問題。此種情況在舊機房改造案例中多有發(fā)生。

3.5 關(guān)于冷凍水儲冷運行時間的規(guī)定

同UPS儲能電池一樣，冷源儲冷也是一個過渡成形式，儲冷運行最小時間是設(shè)備在市電掉電后發(fā)電機啟動切換時間與交流電源恢復(fù)制冷設(shè)備制冷功能延時啟動時間之和，實際儲冷運行時間自然要大于最小要求時間，至于大多少，也是應(yīng)該由用戶根據(jù)自身條件、安全期望程度以及放心程度來決定，無需用標(biāo)準(zhǔn)對用戶作出硬性規(guī)定。

4 對備用能源配置方案改革的思考

不停電供電系統(tǒng)的方案是由備用能源的選用和配置方法決定的，因而，要對不停電供電系統(tǒng)做進一步的改進和改革，最首要的是要考慮如何改進和優(yōu)化備用能源的配置方法。

圖8顯示了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心供電方案和兩種可能的改革方案。

圖8 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電方案及改革方案設(shè)想

(1)圖8(a)顯示的是沒有不停電供電要求的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)，在UPS設(shè)備出現(xiàn)前，所有的大型計算機和數(shù)據(jù)中心都是這樣供電的。該系統(tǒng)由市電經(jīng)變配電后直接供電，供電質(zhì)量由IT設(shè)備中的開關(guān)電源保證，市電故障停電時系統(tǒng)宕機。

(2)圖8(b)是傳統(tǒng)的不停電供電系統(tǒng)、系統(tǒng)運行過程以及備用能源配置原則等，在本文第2、3節(jié)中已經(jīng)有詳細(xì)的描述。

(3)圖8(c)是對IT設(shè)備供電的UPS系統(tǒng)改革方案——機架自主儲能系統(tǒng)。

既然發(fā)電機已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心必備的并可及時投入運行的能源設(shè)備，過渡備用能源蓄電池的后備時間就可以大大減少，這為把蓄電池移至到IT機架中，配置在IT設(shè)備中的開關(guān)電源的直流輸出端創(chuàng)造了條件，于是就形成了機架自主儲能改革方案。此方案從根本上去掉了對IT設(shè)備供電的傳統(tǒng)UPS雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

機架自主儲能UPS系統(tǒng)組成要點：1)IT設(shè)備中去掉傳統(tǒng)12V輸出開關(guān)電源，保留低壓DC/AC變換；2)交流輸入直接對機架供電；3)在機架中配置集中式12V或48V輸出開關(guān)電源，模塊化冗余配置，低功率密度機房可用12V，高功率密度機房宜用48V；4)在開關(guān)電源12V或48V輸出端集中配置過渡備用電池，組成不停電供電系統(tǒng)。

機架自主儲能UPS系統(tǒng)對傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)做了重大的變革，在簡化系統(tǒng)、提高系統(tǒng)可靠性、降低成本和提高運行效率等方面，都會有明顯的成效。機架自主儲能方案的不足之處，是它只解決為IT設(shè)備供電的問題，從圖8(c)可以看出，系統(tǒng)中其他需要不停電保護的子系統(tǒng)和設(shè)備，仍然需要配置傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)。機架自主儲能方案的實施，需要IT設(shè)備廠商提供支持，這為該方案的實施和應(yīng)用增大了難度。

(4)圖8(d)是對整個供電系統(tǒng)變革的設(shè)想——不間斷供電的備用發(fā)電機系統(tǒng)。