分析数据中心UPS系统与HVDC系统的不同效率

包银秀

（中国民用航空西北地区空中交通管理局 陕西西安 710000）

分析数据中心UPS系统与HVDC系统的不同效率

包银秀

（中国民用航空西北地区空中交通管理局 陕西西安 710000）

本文主要分析了数据中心UPS系统与HVDC系统的不同效率。在实际工作中，普遍定义方法以及相关计算法均产生不一致的作用，对数据中心用电量的能效进行有效的分析，同时完成两种主流可靠电源UPS以及HVDC的个体以及系统结构进行分析。同时本文还分析了在供配电系统中UPS的效率情况，本文对未来数据中心UPS系统与HVDC系统的不同效率的分析提供相应的借鉴以及参考。

数据中心；UPS系统；HVDC系统；不同效率

1 前言

随着社会的发展，对于传统电信、金融以及政府等行业中逐渐使用IT信息技术，其技术的应用规模实现了扩大趋势，人们关于数据方面的需求量同时也实现持续的增长，在上述的基础上促使数据中心逐渐生成。数据中心电力基础架构中的UPS是最为关键的一个环节，UPS其身份为关键的电源，主要的作用就是对各类服务器以及相关的存储设备保持稳定、可靠、持续地工作提供切实的保障，将那部分来自市电以及环境所造成的影响顺利的屏蔽掉。最为原始的是后备式，随着在线互动式实现进一步的发展，直到目前的双变换实现逐渐的在线式[1]。主要功率器件的选择也实现了基本的发展，传统形式是选取晶闸管以及MOSFET，今天发展选择IGBT，其主要涉及到的品牌有以下几种：科华、索克曼、伊顿、施耐德、艾默生等，单机功率可明显的达到MVA级。在实际工作中，因为存在UPS的作用，数据中心因为上述原因导致长期存在其能量利用率非常低等情况。随着社会的发展，能源危机以及节能减排情况日益突出，从根本上实现数据中心节能显得十分重要。发展至20世纪90年代末期，高压直流电源（HighVoltage Direct Current HVDC）是一种新型的电源[2]，高压直流电源的能效指标目前已经实现主流UPS的全部超越，所以，HVDC目前已经逐渐发展成为数据中心的电源新选择之一。

2 分析数据中心用电量的能效

UPS并不是在数据中心的电力环境中单独存在的，一般情况下，需要适当的使用一部分电缆、风扇等其他的相关设备，跟这部分相关设备完成数据中心电力基础架构的构建，数据中心低效中IT供电链路最为主要的环节之一。所以，数据中心电力消耗效率模型详细如图1所示[3]，在下图中，存在以下情况，设备总输入其中低于50.00%的是最终给IT负载使用的。但是，制冷消耗需要除外，在电力转换的过程和路径上存在大部分的能量损耗。

图1 数据中心电力消耗效率模型示意图

一个“超微型”[4]数据中心含有总负载100WIT的，275W总电能的分解示意图如图2所示，分析图2我们可以得到，想要给终端负载输送100W的电能，那么总共需要完成高达275W以上电能的消耗：

图2 “超微型”数据中心示意图

想要在数据中心领域完成效率的度量以及比较，一般情况下，都会通过电能的使用效率来定义PUE，即：PUE=所有设备的耗电量/IT设备的耗电量。可分解PUE得到：PUE=制冷能效因子（CLF）+供配电能耗因子（PLF）+1}PLF表示在每瓦IT负载上供配电系统的损耗。所以，在实际工作中，我们可以通过PLF指标来表征数据中心的能效，在上述的基础上度量以及比较IT负载能源的效率[5]。

3 分析在供配电系统中UPS的效率

如果是单台的UPS，效率会直接受到效率曲线表明带载率的影响，也就是效率曲线表明带载率越低其产生的效率就会越低，效率曲线表明带载率越高，其产生的效率就会越高，但是数据中心中UPS直接关系到其他各种电力基础设施。想要在实际工作中，对UPS效率情况进行真实地观察，那么就需要宏观地站在数据中心的角度完成有效的分析。分析UPS效率以及UPS负载的百分比情况，得到图3。分析图3我们可以得到实际给IT负载消耗的电量就是方格部位，UPS内部的损耗大小则由斜线柱来表示，方格柱其大小占整根柱长的百分比则指的是设备的实际运行效率。在实际工作中，分析实际数据得到，损耗百分比斜线柱部分一般会被分为以下几个部分：第一个部分是No-Load Loss，指的是空载损耗，同时也是指空载时的损耗大小。空载损耗主要指的是风扇以及热损等部分，其损耗占总损耗比例≥40.00%[6]。第二个部分是指Square-Law Loss，指平方律损耗，同时也指的是随负载的不断上涨，会直接造成元件电流增大所产生的一部分损耗，同时很IZ-R损耗关系存在明显的相似之处，其主要以一种热能的形式完成外部散播。第三个部分是Proportional Loss，指的是比例损耗，同时也指损耗变化跟负载量呈现正比，其主要由以下几个部分构成：①功率器件开关损耗；②驱动损耗；③磁性器件铁损；④其他损耗等。

图3 UPS效率以及UPS负载的百分比情况

同时我们还可以得到，在没有负载的情况下仍然存在一部分难以预估的空载损耗，也就是说不管在哪一种情况下，UPS其本身均会存在一定程度的损耗电能情况，同时会保持恒定的数量大小，但是在实际工作中，损耗比率会受到负载的直接影响，两者呈现一个反比关系，例如负载减少，损耗比率增加；负载增加，损耗比率减少。但是第三种损耗其呈现的主要是等比例的细小的变化。第二种损耗一般情况下均在导线以及开关节点上存在，其所占的比例非常的小，所以其不会随着负载的变化而发展巨大的变化，不会对那部分输送给负载功率百分比产生影响，所以，总体而言，一般情况下，工作效率跟负载之间的关系还是较为明显的，负载的增加，工作效率就会发生一定幅度的提升，在实际工作中，我们可以选择通过各款主流UPS的效率图查阅之后，得到进一步的确认。

4 结语

综上所述，如果在实际工作中，按照实际情况的需要，更新以及生产效率更高的可靠性更强的HVDC产品，那么其产生的吸引力将会是非常大的，其产生的作用也是非常大的，可以将其作为一次变革来看。随着社会的发展，新能源产业的发展速度非常的迅速，因为目前都是直流输出的分布式电能装置，例如：风能、燃料电池、太阳能光伏等分布式电能装置，该类型的分布式电能装置可以跟HVDC很好地相匹配。所以，将会在不久的未来取得非常有效的协同规模发展前景。虽然在目前实际工作中，那部分原有的高压直流系统还存在一部分配套产品不齐全以及不规范等问题，难以实现电压标准的有效统一等各个方面的问题，同时行业工作人员对高压直流系统所保持的认知度还是相对比较低的，但YDB037-2009随着相关规定的颁布。促使HVDC的市场开拓以及发展在行业层面完成预热工作，促使其未来的发展道路实现进一步便捷化，同时HVDC的市场开拓还上游厂商、下游厂商创造了福利，例如：为其提供清晰接口。在未来的发展过程中，只要国家出台关于“绿色能源”的政策条例，那么我们就可以将UPS完全替代，使用HVDC完全替代，同时促使HVDC实现大规模的推广。促使HVDC实现进一步的智能化、精细化、模块化，促使未来的数据中心电源应用实现有效化，促使节能途径以及发展的方向实现进一步明确。

[1]PRATT A，KUMARumar P，Aldridge T V.Evaluation400 V DC disliatrilmtion in Trloo aml data orntrrs to improve energy effioienc；y[C].IEEE Intelec；Conf，2012：32～9.

[2]孙 超.拓展训练引入初中体育与健康课程的实验研究[D].扬州大学，2013，121.

[3]郭亦兴.数据中心电源系统分析与节能探讨[D].长安大学，2013，5，25.

[4]闫闯.我国高等院校拓展训练课程教学理论的研究[D].北京体育大学，2012，666.

[5]尹磊杰.初中生拓展训练的课程设计[D].陕西师范大学，2012，320.

[6]关通.应用于IDC机房供电系统的HVDC电源的设计与实现[D].哈尔滨工业大学，2012：224～225.

TN86

A

1004-7344（2016）08-0299-02

2016-3-5

包银秀（1985-），女，助理工程师，本科，主要从事民航空管系统设备的维护管理工作。