机房建设中高频UPS 的必要性

李素文（广东省轻纺建筑设计院）



机房建设中高频UPS 的必要性

李素文（广东省轻纺建筑设计院）

本文主要介绍了现在机房建设中高频UPS的必要性，首先介绍了现在机房建设与高频UPS的发展趋势，然后对UPS做了一个简要的介绍，在分析了机房用电器的负载特性之后，根据分析结果，提出了机房负载供电方案。现在机房设备较多，应用UPS可以节约建设面积，提高机房空间利用率。同时本文也为我国的IDC机房设计和建设拓宽思路。

IDC机房；UPS；负载特性；双电源负载；供电系统

1　引言

现代社会，IDC机房的建设现在的通信运营商充分发挥其自身的网络优势而拓展的具备非常良好的发展前景的新增值业务，供电系统的稳定运行是网络运行的安全性的重要前提。众所周知，UPS行业的发展趋势是高频化、小型化、模块化、智能化和环保化。在业界关于高频机和工频机究竟哪个好、哪个更有生命力是有争论和不同见解的，很多UPS用户更是无所适从。所以说高频机代替工频机是UPS发展的必然方向。

现如今，小型机与大规模的服务器的联合使用，使得机房对UPS供电系统的安全性有了更加大依赖性。所以，我们只有根据现在IDC机房信息平台中各种设备的用电情况和在使用过程中可能会产生的问题来进行预先设计，从多种方案中选择最佳的设计方案。只有这样才能在未来的供电系统的使用中，保证用电的可靠性、安全性和稳定性。

2　机房用电器的负载特性

对用电器负载特性的分析：从IDC机房信息平台方面来说，大部分负载都是小型机和服务器。我们首先要对这些用电设施的用电特性进行分析，明确用电情况，才能设计出安全的供电系统。

现在的大部分产品，主要用的是双输入的供电方式，只有以下部分采用的是三输入的方式。这种设备，服务商通常会说有两个电源是主备电源。但是事实上，在服务器的里面本可能有直流电源切换装置的，这些直流或者交流电源的多路输出是并联的，假如一部电源出现故障后，其余的电源会对服务器进行供电，对于这种负载，我们称为双输入负载。

除此之外，对于有些用作操作的计算机或者计算机服务器等是只有一个电源的，对于其它的一些信息处理设备，它们虽然有两个甚至多个电源，但是每个电源只负责机器内部某一部分的功能或模块，只要其中的一个电源出现故障，则计算机就无法进行工作，这种计算机称之为单输入负载。

3　机房负载供电方案

（1）假设我们使用的是单输入计算机和双输入服务器联合供电，对于供电设备的类型我们事先也不了解，无法进行严格的分辨，这样为保证对所有系统的供电可靠，我们可以选择并联冗余供电方案，如图1所示。

此图为1+1并联系统，其中的两台UPS全都按照全负荷容量来进行设计，在工作的时候，在母排上并联的输出交流，它们同时工作平分负载，假设系统中UPS在出现一台故障，故障UPS会自动退出，然后关闭输出，剩余的UPS会承担起所有的负载，这样对负载的供电不会造成影响。

其实还有一种设计方案，和第一种相比我们称之为二加一系统，这种系统中每台UPS的容量是按照全部负荷的一半来进行设计的，二加一并联后剩出来的50%设计功率用于冗余。对于这种方案，每一台UPS因故障退出后，我们可以将次要系统进行关闭先将系统的负载降至一半以下，然后再次获得UPS冗余供电特性。

图1

对于上述两种方案我们应该要注意的问题是：在给双输入电源的服务器和小型机进行供电的时候，应该首先注意将配电引自2个分支回路，决不能将双输入电源服务器的两个输入同时插接在一个插线排或者说是一个空开分支回路中，要避免因为单条供电分支线路出现故障而导致整个服务器电源出现瘫痪。对于某些功率较大的系统，如果可能，最好是将双输入电源服务器的两个输入分别引自两个负载配电屏，这样做可以方便对便负载三相平衡的调整工作和维护检修工作，此外还应尽可能缩短关机时间和减少上述工作时服务器关机的需要。

下面我们对并联冗余系统进行简要的评价：

优点：对于任何一种输入电源特性的服务器，都能够通过UPS系统的供电冗余，对于任何的单一UPS系统出现故障都不会导致服务器的供电出现中断，而且单一UPS因故障退出时供电系统不会出现瞬间断开。

缺点：

①由于在并联系统中的UPS之间会存在着环流和负载不均衡的现象，因此对于任何品牌和技术，UPS是不可能会完全一致无差别的。另一方面，负载均衡度和环流受运行程度老化和负载量变化等都会对并联控制环路的稳定性产生影响，这是并联系统存在的潜在隐患。

②在进行扩容时并机调试和维修时，负载供电会存在风险。比如进行带载调试时，假如调试不成功的话会导致负载供电出现故障。假如在并机调试时转维修旁路的话，此时一旦电网出现故障就会直接影响负载的供电安全。

③系统中单一UPS出现故障在理论上来说应该关闭输出退出工作，但是仍有可能存在故障出现时切换失败，导致故障扩散，系统转旁路的情况发生。这种情况下负载供电受电网供电质量会受到严重影响。

（2）假如我们能够对负载供电的特点了解清楚的话，也就是弄清楚统计，区分出双输入电源服务器和单输入计算机设备，我们就可以采用双母线供电方案，原理如图2～3。

在这个方案中，两套独立的UPS系统分别与双电源服务器的两个独立的电源联接，其中每个UPS系统都会有自己独立的输入和输出配电，对于某些单输入电源的计算机，对可靠性要求比较高而且对系统运行有着非常重要作用的，我们可以通过STS负载自动切换装置来联接两套UPS系统，然后先选择一套为供电主回路，另一套UPS则为供电的备用回路。因为STS可以在2～4ms内进行切换，所以不会影响计算机正常工作。假如单电源输入负载对系统运行影响不是很大和对可靠性要求不高，我们就可以使用下面的方案：即单电源输入负载对供电进行间断切换时我们可以用ATS自动切换柜或者是手动切换柜，这样可以减少配置成本。

图2

图3

对于双母线方案的优缺点：

优点：

①由于双母线系统中的两个UPS系统是独立输出的，所以不会出现因为环流而导致的系统故障，同时也不会出现因单一UPS故障时切换不正常而导致故障出现扩散。

②由于双电源服务器的供电是由两个独立的UPS系统完成的，所以说无论是哪一种故障，服务器都有一个备用的独立UPS供电回路保护。和那些并机系统容易受负载侧浪涌影响的相比，由于供电回路的整体冗余，双母线的可靠性比单纯的UPS并联冗余要高很多。

缺点：需要对负载设备供电特点要有一个非常清楚的分辨，所以负载的分配工作和并联方案相比较会麻烦一些。

4　高频UPS对现在机房建设的重要性

选用高频机是构建新一代节能数据机房的需要，高频机型UPS采用的是IGBT前端整流、后端逆变，这种双变换UPS特点很多，其中最显著的特点是能最大限度地节能减排、绿色环保。某企业生产的300kVA工频机，质量为2.2t，而同功率的高频机只有830kg。这台工频机采用12脉冲整流、11次谐波滤波器，输人功率因数指标达到0.9，而同等功率的高频机，输入功率因数能达到0.99，接近于1。从效率指标看，工频机满载小于90%，而高频机的效率即使半载也能达到95%以上，这些差别是显而易见的。

目前国内各厂商都在宣传推广绿色电源，但什么是真正的绿色电源，绿色电源应该符合什么样的标准？从技术上来看，是否绿色要看两个指标。

（1）谐波。谐波是UPS一个重要的指标。UPS对电网本身就是个干扰源，是产生谐波的设备，对电力系统造成谐波污染，还会造成大量的附加损耗。但高频机UPS谐波可以做到小于3%。完全消除了UPS对电网的反馈谐波污染，对供电电网来说，是真正的绿色负载。

（2）效率。高效率对于客户可以节省运行费用。一些企业购买UPS产品，只顾及采购成本，大多数的企业是不考虑安装使用成本的。如何节约安装成本及减少使用成本呢？这弯问舉可以通过提高供电系统的效率来解决。高效率的UPS可以减少输入线缆的#面积：和前端变压器的容量，这是减少客户安装成本的主要因素。效率为95%以上的高频机和效率不到90%的传统工频机相差很大。不要看这百分之几的微小差别，对于大功率UPS来说，高效率降低了能耗，降低了UPS运行电费。腾讯公司现在的机房每年电费已经超过其员工全年的工资，这是所有IDC机房共同存在的问如果UPS效率提高百分之几，所节约的费用是相当可观的。伊顿公司的一台300kVA高频机9395UPS，运行10年节约的电费大概是100万元，如果再加上由高效而节省的空调制冷费，这个数字会更为可观，大概是150万元。如果从采购安装和使用成本全局考虑的话，购买高频机不会给用户增加成本，反而会节约使用成本，达到绿色节能的效果。

5　总结

综上所述，如果在系统中双电源负载居多的话，一般双母线方案的可靠性和可维护性以及扩容时的安全性都比并联方案高很多。然后再根据设备总体的功率来选择UPS的容量。IDC机房建设面积寸土寸金，用户希望UPS体积小、占地面积少，给客户节约更多的机房空间，也能减小空调的规模，降低机房建设的投资。人们常说要构建新一代节能的数据机房，其中重要环节就是如何构建一个安全、可靠、绿色、节能的供电系统，高频UPS无疑是最佳选择。

［1］刘洪峰.谈IDC棚房UPS系统帕设计［J］.中国通信电源、局站环境标准宣讲与新技术论坛会刊，2008（6）：56.

［2］王其英.高频机型UPS技术及应用.中国电力出版社，2010，10.

2016-3-12

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2095-2066（2016）09-0121-02