0 引言
數(shù)據(jù)中心的電能主要被兩類設(shè)備所消耗：IT設(shè)備和機(jī)房設(shè)備。IT設(shè)備主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；機(jī)房設(shè)備包括UPS、配電設(shè)備、線纜、空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等。從目前國內(nèi)外的調(diào)查數(shù)據(jù)看，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)中心，機(jī)房設(shè)備的耗電要比IT設(shè)備的耗電高。在一個(gè)典型的數(shù)據(jù)中心里，空調(diào)系統(tǒng)(包括冷水機(jī)、加濕器和機(jī)房空調(diào))消耗了45%的電能，IT得到的電能僅占30%，UPS供配電系統(tǒng)消耗了23%的電能，照明系統(tǒng)及其它消耗了2%的電能。
針對(duì)UPS供配電系統(tǒng)消耗的電能，臺(tái)達(dá)提供了如下的解決方案。
1 采用低負(fù)載率下的高效率、低諧波海福HIFT系列UPS
1.1 產(chǎn)品概況
由于臺(tái)達(dá)海福HIFT系列UPS采用模組化的架構(gòu)設(shè)計(jì)，在運(yùn)行時(shí)，每一個(gè)模組平均分配所有負(fù)載。當(dāng)其中有一個(gè)模組發(fā)生故障，其他模組可再次均分該故障模組的負(fù)載，而故障模組可在不中斷系統(tǒng)的情況下在線“熱”更換，隨后重新投入使用。在整個(gè)故障修復(fù)的過程中，系統(tǒng)供電完全沒有中斷，并且修復(fù)時(shí)間相比傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)大幅縮短，真正實(shí)現(xiàn)了故障修復(fù)時(shí)間為零。一個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)模組組成，單個(gè)模組的功率較小，因此可以構(gòu)成N+X系統(tǒng)配置方案。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各模組也是均分負(fù)載容量，并且當(dāng)實(shí)際配置負(fù)載容量較小的時(shí)候，冗余的X數(shù)量還會(huì)增加，可用性也會(huì)大幅增加。海福HIFT系列UPS由于模塊和系統(tǒng)可冗余、可實(shí)現(xiàn)在線熱插拔、插拔模塊有“防呆”設(shè)計(jì)等功能，完全可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。單機(jī)容量可以從20kVA擴(kuò)充到120kVA，可4臺(tái)單機(jī)并聯(lián)，最大可擴(kuò)充到480kVA，實(shí)現(xiàn)了從20kVA到480kVA的全功率段的容量配置。當(dāng)負(fù)載降至27%時(shí), 海福HIFI UPS還可以保持大于94%的整機(jī)效率，其自身節(jié)省的能耗以及節(jié)省的空調(diào)電費(fèi)是一個(gè)非常可觀的數(shù)字。智能風(fēng)扇調(diào)速功能、風(fēng)扇停轉(zhuǎn)告警功能、體積小、重量輕、高功因、低諧波等等。
1.2 海福HIFT高智能容錯(cuò)UPS系統(tǒng)綠色節(jié)能
綠色就是無污染，模塊化結(jié)構(gòu)可以降低這種污染。海福HIFT系列UPS為高頻機(jī)，工作頻率都在20kHz以上，超出了人的聽覺范圍，所以，這時(shí)UPS不會(huì)像工頻機(jī)那樣，變壓器和電抗器都發(fā)出令人心煩意亂的噪音，影響工作情緒。海福HIFT系列UPS高頻化模塊的輸入功率因數(shù)都在0.99以上，這對(duì)電網(wǎng)而言幾乎是線性負(fù)載，基本不破壞市電電網(wǎng)電壓的正弦波形，諧波含量小于5%。因此，電網(wǎng)中由模塊化UPS引起的高次諧波干擾幾乎不用考慮。
同時(shí)，海福HIFT系列UPS全負(fù)載段高效。一般UPS廠商在標(biāo)示UPS效率時(shí)多標(biāo)示92%，是負(fù)載量用到100%下的效率。只有當(dāng)負(fù)載比較低時(shí)，依然能夠保持高效的UPS才是真正高效的UPS，因?yàn)閁PS的負(fù)載量一般會(huì)在60%-80%之間，冗余越多，負(fù)載量會(huì)越低。海福HIFT系列UPS當(dāng)負(fù)載降至27%時(shí)，還可以保持效率大于94%，其自身節(jié)省的能耗以及節(jié)省的空調(diào)電費(fèi)是一個(gè)非常可觀的數(shù)字，而且高效率意味著更低的故障率和更長的使用壽命。
最后，由于海福HIFT系列UPS采用模組化的架構(gòu)設(shè)計(jì)，客戶可根據(jù)負(fù)載的實(shí)際需要進(jìn)行配置UPS模塊，減少了不需要UPS的容量，與傳統(tǒng)的UPS方案比較大大提高設(shè)備利用率，同時(shí)提高UPS系統(tǒng)的效率。
1.3 采用海福HIFT高智能容錯(cuò)UPS系統(tǒng)PUE的貢獻(xiàn)
供電系統(tǒng)在PUE指標(biāo)中占0.15－－0.2左右（供電系統(tǒng)效率在80%-85%左右）；提高允許電源基礎(chǔ)設(shè)施隨著負(fù)載增加而增加的適應(yīng)性、模塊化架構(gòu)，以減少數(shù)據(jù)中心的過度規(guī)劃，降低損耗的潛力30%-40%。例如效率變化88%-92%時(shí)，對(duì)PUE 的貢獻(xiàn)是-（0.03-0.04）；降低系統(tǒng)電流諧波，可降低上游設(shè)備的容量，有利于降低諧波損耗和設(shè)備空載損耗，對(duì)PUE 的貢獻(xiàn)是-(0.01-0.02)；采用高效UPS設(shè)備（例如無輸出變壓器高頻機(jī)）可提高效率，對(duì)PUE 的貢獻(xiàn)是-(0.02-0.03)，降低輸入諧波且不需要增加濾波器對(duì)PUE 的貢獻(xiàn)是-(0.01-0.02)；采用HIFT高智能容錯(cuò)UPS系統(tǒng)PUE的貢獻(xiàn)-0.05左右。
2 采用高性能數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心直流UPS 供電技術(shù)
傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)存在的主要問題，是如何有效地提高系統(tǒng)可靠性。可靠性不高是傳統(tǒng)UPS設(shè)計(jì)理念造成的，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的結(jié)癥又可歸結(jié)為備用能源配置方法問題。備用能源（電池）要經(jīng)過UPS設(shè)備中最薄弱環(huán)節(jié)——逆變器才能向負(fù)載供電，這是造成UPS系統(tǒng)必須兩次變換能源、系統(tǒng)中存在著負(fù)載和UPS本身兩個(gè)諧波源、系統(tǒng)過于復(fù)雜和結(jié)構(gòu)臃腫、成本不斷攀升、效率低下、可靠性難以有效提高的根本原因。傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)如圖2所示。
臺(tái)達(dá)高性能數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)(HD-1)系列直流UPS系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)做了重大變革，改變了備用能源配置方法，由備用能源（電池）直接用直流電壓對(duì)負(fù)載供電，以上問題就迎刃而解，使UPS 系統(tǒng)的可靠性、建造成本、能源利用率、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化等方面，都會(huì)產(chǎn)生革命性的變化。直流UPS系統(tǒng)如圖3所示。
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