近日，柴靜關于霧霾的調查視頻《穹頂之下》在各大新聞網(wǎng)站、視頻網(wǎng)站曝光，48小時播放量超2億，引爆了公共對治霾及環(huán)保的熱烈討論。污染物排量放大被曝出是主要原因。其中，日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣等帶來的污染物，是造成城市空氣污染的主要原因。唯有節(jié)能減排，方可“撥霾見日”。然而對抗霧霾不僅需要每個公民身體力行，更需要企業(yè)的積極參與及政府的大力引導。

 

      在我國大力發(fā)展信息化建設的今天，數(shù)據(jù)中心成為城市能耗“大戶”，在全球IT總能耗中，數(shù)據(jù)中心就占到了40%。中國工信部在“十二五”規(guī)劃中也指出中國的數(shù)據(jù)中心碳排放在“十二五”五年期間里將增加一倍。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排不僅關乎經(jīng)濟效益，更關乎社會效益。

 

      PUE值數(shù)據(jù)中心能效風向標

 

      能源使用效能值（PUE）是國際公認的衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的一個重要指標。據(jù)最新的報道，國外最先進的數(shù)據(jù)中心的PUE值可以達到1.06，而我們國家IDC的PUE平均值則在2.5以上，這意味著IT設備每耗一度電，就有多達1.5度電被數(shù)據(jù)中心的基礎設施所消耗，這一現(xiàn)象在中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心中更為嚴重，通常其PUE的測量值普遍在3左右。這表明有大量的電能被消耗在供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等基礎設施上，而用于IT設備中的電能僅為總耗電的33%。

 

      對于影響數(shù)據(jù)中心PUE值的供電、制冷兩大基礎設施而言，供電系統(tǒng)的能效是問題的根本，因為供電系統(tǒng)的低效加劇了制冷系統(tǒng)的負擔，雙倍地導致了PUE指標的攀升。而數(shù)據(jù)中心所有營運負載幾乎都是通過UPS電源來供電的，因此如何進一步挖掘UPS系統(tǒng)的工作效率，將是快速改善數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)乃至整個數(shù)據(jù)中心PUE指標的核心途徑。

 

      改變UPS工作模式改善PUE值

 

      當前數(shù)據(jù)機房UPS系統(tǒng)的工作模式為雙變換在線工作模式，即通過“AC-DC和DC-AC的雙變換”給IT負載提供穩(wěn)定的凈化電源。但是在這一模式下，UPS的效率較低，通常滿載工作效率僅90~95%（視UPS結構的不同），如果對于當前數(shù)據(jù)機房普遍采用的2N電源系統(tǒng)架構，其正常工作的最大負載率僅為40%左右，在這一負載率下，UPS的工作效率也相應降低，通常約為85~88%左右，這導致了能源的極大浪費并降低了整個數(shù)據(jù)中心的PUE指標。

 

      根據(jù)輸入市電的品質，市電的電壓與頻率波動，這一UPS系統(tǒng)的工作可分成下列三級：

 

      第一級――綠色休眠在線模式。當市電的電壓與頻率波動較小時，UPS內(nèi)部的整流器、逆變器、充電器均處于在線休眠狀態(tài)，不僅基本不損耗電能，而且使主功率器件也處于電休眠狀態(tài)，提高了這些UPS內(nèi)部核心部件工作的可靠性并延長其使用壽命。

 

      第二級――雙變換在線模式。當市電的電壓與頻率波動超限時，UPS立刻轉切到整流、逆變的雙變換模式，此時UPS的 40%負載工作效率通常在85~94%左右,與目前數(shù)據(jù)機房UPS的工作模式完全相同。

 

      第三級――電池放電逆變模式。當市電的電壓與頻率超出了UPS整流輸入所允許的電壓與頻率范圍時，UPS將關斷整流器，進入電池放電工作模式，此模式下UPS的滿載工作效率約為86～95%左右。

 

      根據(jù)國內(nèi)典型的數(shù)據(jù)中心實際電能質量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于進行上述分級運行的UPS系統(tǒng)，其一年的95%時間將運行在休眠模式，小于5%的時間工作在雙變換模式，不到1%的時間工作在電池放電模式。如果以一個負載容量為5000kW的中等規(guī)模IDC機房采用老式12脈沖相控整流UPS為例，假設其40%負載率下的效率為達到了國家能效III級UPS標準的87%為計算依據(jù)，其每年的電費節(jié)約將高達460多萬元。

 

      與雙變換在線工作模式相反，綠色休眠在線模式的工作原理是在輸入市電品質較好的情況下，將市電通過UPS旁路直接供電給數(shù)據(jù)中心的IT負載，而UPS內(nèi)部的逆變器處于在線備份狀態(tài)，從而使整個UPS系統(tǒng)的供電效率高達99%，而且這一休眠效率受UPS負載率的影響極小，即使帶載率在10%以下時，系統(tǒng)效率也可保持在高達98%左右，實現(xiàn)了“UPS基本不耗能”的節(jié)能降耗總目標；同時通過微秒級的快速跟蹤及DSP技術，始終保持逆變器在線備份的電壓、頻率、相位參數(shù)完全與旁路輸入同步，保證了分級切換的“不間斷”。

 

      由于IT負載電源自身的穩(wěn)壓功能以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心機房UPS供電系統(tǒng)通常具有的較好電能品質，在絕大部分市電品質良好的工作時間內(nèi)繼續(xù)讓UPS工作在雙變換模式不僅是能源的無端浪費，而且這一多余的重復變換還導致了UPS事故的高發(fā)和可靠性的大幅度下降，因此轉變傳統(tǒng)技術觀念，在數(shù)據(jù)中心機房廣泛采用UPS綠色休眠在線技術作為主要工作模式是大勢所趨。

 

      綠色休眠在線模式UPS選型

 

      綠色休眠在線模式對UPS的技術設計提出了新的挑戰(zhàn)，即分級轉換問題。傳統(tǒng)的“效率優(yōu)化”或“旁路優(yōu)先”技術一直無法解決“效率優(yōu)化了”但轉換時間太長(超過8ms)，或轉換時間改進了但“效率不夠優(yōu)化（僅96~97%”）的矛盾，由此導致了工作在這一模式的UPS工作可靠性和穩(wěn)定性不高，機房負載始終處在供電中斷風險的隱憂之中。

 

      與傳統(tǒng)解決方案不同，全球領先的動力管理公司伊頓采用專利的電力檢測技術和休眠控制技術，通過多DSP技術架構并引入先進的“云”計算技術理念，融合電力電子技術的最新進展，實現(xiàn)了系統(tǒng)效率、轉換時間及轉換安全性三者的有機統(tǒng)一，大幅度提高了UPS在休眠狀態(tài)及“休眠”到“喚醒”工作轉換過程中的節(jié)能效率，并確保了高可靠性。

 

      以伊頓電力專家9395系列UPS（Power Xpert™ 9395）為例，分級切換時，UPS輸出三相電壓動態(tài)偏離值遠小于UPS標準CLASS 1及計算機安全標準ITIC曲線的輸入電源安全要求，表明其切換瞬間的電壓波動完全優(yōu)于IT負載對輸入電壓波動的容差；此外，三相電壓和單相電壓實際測量的波動的切換時間為1.6ms，這一時間不僅遠小于機房IT負載所要求的安全轉換間隙，還遠小于數(shù)據(jù)中心機房常用的靜態(tài)轉換開關STS 所能達到的最快4～5ms的轉換時間，從而確保了機房負載在轉換過程中的供電安全性。

 

      這一在線休眠模式不僅能輕易地實現(xiàn)UPS單機的休眠，而且能實現(xiàn)多臺并機系統(tǒng)的休眠，所以它非常適合擁有大容量UPS的數(shù)據(jù)中心機房。在國外，這一技術得到了非常廣泛的應用，帶來了數(shù)據(jù)中心電源安全與節(jié)能和諧統(tǒng)一的革命性變革；在國內(nèi)最大的IC制造業(yè)，70多臺伊頓電力專家9395系列正成功地以在線休眠模式工作著。

 

      結論

 

      由于UPS技術的飛速進步和多年的成功應用，UPS綠色休眠在線技術在提高能效、保證輸出電能的切換穩(wěn)定性、切換快速性及切換的可靠性方面得到了可靠的技術保障和長期的實踐驗證，從而為綠色休眠技術在數(shù)據(jù)機房的廣泛應用消除了不必要的技術顧慮。采用效率高達99%的綠色休眠技術UPS，可大幅度提高數(shù)據(jù)中心基礎設施的節(jié)能降耗水平，從而提高數(shù)據(jù)中心機房的PUE指標踏上一個全新的臺階，因此它應該成為當今數(shù)據(jù)中心UPS電源必須的功能和首推的工作模式。