通信数据中心模块化UPS智能休眠机能研究

李佳 徐岩

【摘要】随着数据中心的规模不断扩大，对UPS系统的可用性、可运维性、可扩容性等提出了更高的要求。本文分析了设置模块化UPS模块智能休眠机能的必要性、保护机制和节能效果，建议通信数据中心配备具备模块智能休眠技术的UPS设备，其对初期投资、后期维护和成本节省有较大益處。

【关键词】模块化UPS;智能休眠;效率;节能

中图分类号：TN92                 文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）014-004-03

Abstract： With the continuous expansion of the data center， higher requirements are put forward for the availability， operation and maintenance， and scalability of THE UPS system. This paper analyzes the necessity， protection mechanism and energy-saving effect of setting up intelligent sleep function of modular UPS module， and suggests that communication data center should be equipped with UPS equipment with module intelligent sleep technology， which is beneficial to initial investment， later maintenance and cost saving.

Key words： modular UPS  intelligent sleep  efficiency  energy saving

随着云计算、大数据、物联网等技术的快速发展，数据中心的规模不断扩大，对系统可用性、可运维性、可扩容性等提出了更高的要求。UPS作为数据中心供配电系统的关键组成部分，具备高效率、低能耗的UPS越来越受到人们的推崇。在此背景下，各厂家为迎合绿色、高效、易扩容、易维护等需求，陆续推出模块化UPS，传统塔式UPS的地位正在面临挑战。表1是各形态UPS的性能比较。

从各项性能比较，可以看出模块化UPS具有体积小、功率高、安装维护方便、环保性能好、节能效果好、扩展性能、冗余性能和稳定性能大大提高等优势，受到广大用户的青睐。从未来发展趋势、采购成本、维护成本来看，除个别场景外，高频模块化UPS的各方面指标是优于传统的工频UPS。模块化UPS特别是具备模块节能休眠功能的UPS将成为行业发展趋势，也将成为新建数据中心的首选。

1. 启用模块智能休眠机能的必要性分析

1.1 现网系统负荷的要求

中国联通网络建设2017年第30号文《关于开展2017年基础设施专业降本增效专项行动的通知》中“根据中国联通核心局房基础设施规划建设运行支撑系统数据，……现网交流UPS系统平均负荷率不足25%，本次专项行动拟在保证UPS系统至少有1台备机且系统负载率不超40%情况下，退出超配UPS，将全网平均负荷提高到35%。”可以看出，我们UPS设备的现网资源符合率不高，造成能耗较高，资源浪费，先采用的退出超配UPS的节能方式，安全性能大打折扣。

1.2 负载设备余留节能空间

IT设备一般需要24小时无间断工作，即使业务量较低时也会消耗大量电能。通常而言，UPS在低负载率时效率都不高，支持模块休眠的UPS可以通过休眠多余模块来提升系统整体效率。而实际应用中，UPS的负载即IT设备，在一天之中的某个时间段内的负载量会较小，此时UPS的智能休眠功能就会起到作用，为我们节约大量电能和成本。

1.3 UPS提高效率使然

图1某厂家提供的一个功率为50KVA输出功率为0.9的功率模块效率-负载量曲线图。从图可以看出，当负载量在20%以下时，系统效率低于90%;当负载量超过40%时，系统效率可达到94%以上。

2. 模块智能休眠机能设置及保护分析

实现模块智能休眠机制，不仅是要实现系统的智能化和节能性，更要保障系统的安全性和可靠性。因而需要对进入和退出休眠的所有条件进行深入剖析，确保系统效率提高的前提下，保障设备的高可靠性。下面详细分析休眠机制及各种保护。

2.1 智能休眠模式需有使能开关

智能休眠模式作为模块化UPS运行的一种节能模式，应具备使能设置，配备启动或关闭选项功能。在必要的前提下，启动节能功能。启动后，节能模式运行，关闭后，退出休眠模式。

2.2 智能休眠模式需设置休眠负载量及退出休眠负载量

使用智能休眠模式需要确定一个进入休眠模式的负载量，当负载量低于该值时则执行休眠，否则退出。为满足不同应用场合的需求，休眠负载量也可手动设置。另外，当系统处于休眠状态时，负载量超过一定值后，系统应该自动退出休眠模式，保证系统的稳定性。

2.3 智能休眠模式需设置休眠轮询时间

模块化UPS执行休眠模式时，一部分功率模块是不输出的，负载由另一部分功率模块来承担。为保持整个系统每个功率模块的寿命基本一致，功率模块的休眠应进行轮询执行，建议10天一轮询。

2.4 智能休眠模式的故障保护

执行智能休眠的前提条件是UPS系统处于正常状态。如果出现停电、模块故障或重大事故，UPS系统应立即退出休眠模式，保障系统的可靠性和稳定性。

2.5 智能休眠模式的过载保护

模块化UPS处于休眠模式时，休眼的模块，其整流和逆变电路处于不工作状态。退出休眠时，功率模块的重新启动需要一定的时间，因此当UPS系统出现过载，系统将先转旁路，再根据负载量进行一下步动作，避免模块还未启动，系统就已瘫痪的情况出现。

3. 启用模块智能休眠机能的节能效果分析

因机房现场条件和环境的影响，本节能效果分析采用和某厂家合作，共同实验测试。本次实验的模块化UPS具有10个功率模块，容量为200KVA，进入休眠的负载量设置为70%。选取11个负载档位进行测试，试验数据如表2。

从图表2中可看出：当负载率低于30%时，休眠前后效率差距较大，休眠后效率明显提高;当负载率达到80%时，休眠前后效率接近相等。

我们以负载量为20%为例，计算节省耗电量。负载量为20%，对应表中的档位3，可看出效率提高了92-88.12=3.88%，一天节省耗电量24*（26.1-25）=26.4度，节省电费26.4*0.7=18.48元。这样算来，节省的费用也是相当可观的，是值得投资和推广的。

4. 总结

在现代模块化数据中心中，UPS系统趋向于并机设计，服务器普遍采用双电源输入，各种因素导致UPS单机带载率普遍小于40%，致使UPS设备的运行效率普遍不高。而传统的N+1UPS冗余系统，很难对整个系统的效率进行优化调整，目前我们普遍做法是停止一台冗余UPS，达到提高系统效率的目的。通过本文分析，我们建议在采购容量200KVA以下的UPS设备时，采购具备智能模块休眠管理技术的模块化UPS设备，它可根据实际带载量，调整、优化系统内部各模块部件的运行状态，使UPS的实际工作效率达到最佳。同时，在初期投资时，节省了建设投资，在以后的维护过程中，可按需扩容，提升效率，节省运营成本。

参考文献：

[1]胡建明.模块化UPS若干关键技术研究[D].成都：西南交通大学硕士研究生学位论文，2017.P40-43.

[2]賈秀国，刘克.模块化UPS节能效益评估分析[J].通信电源技术，2012（S1）.

[3]王秋彦，袁林.模块化UPS系统优势分析和应用[J].信息记录材料，2019（9）.