3）、交、直流不間斷電源系統(tǒng)節(jié)能研究

1.傳統(tǒng)交流不間斷電源（塔式UPS）系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心主設(shè)備一般要求交流電源輸入，多采用傳統(tǒng)的交流UPS系統(tǒng)供電模式，即：UPS系統(tǒng)將交流市電整流逆變后，為數(shù)據(jù)主設(shè)備提供220/380V的交流不間斷電源。其應(yīng)用現(xiàn)狀總結(jié)如下：

（1）傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)多采用N+1配置，等級(jí)較高的數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用2（N+1）配置。

（2）部分在網(wǎng)的早期UPS主機(jī)采用6脈沖整流，近年來(lái)基本都采用12脈沖整流。

（3）為了限制UPS系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波，部分UPS系統(tǒng)配置了有源濾波器。

（4）蓄電池后備時(shí)間大多按單機(jī)滿載30分鐘配置，有的數(shù)據(jù)中心配置達(dá)到了單機(jī)滿載1小時(shí)。

2.傳統(tǒng)交流不間斷電源系統(tǒng)存在的問(wèn)題

隨著數(shù)據(jù)中心高能耗問(wèn)題的凸顯以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)交流UPS供電模式存在以下一些不足：

（1）采用了冗余并機(jī)技術(shù)，無(wú)論是N+1還是2（N+1）系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時(shí)，UPS主機(jī)的負(fù)載率均較低，再考慮到系統(tǒng)配置容量較實(shí)際偏大，使得系統(tǒng)的負(fù)載率更低，未在最佳效率點(diǎn)附近運(yùn)行，系統(tǒng)損耗較大。

傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)的負(fù)載率與效率的大致關(guān)系見(jiàn)下圖：

經(jīng)調(diào)查，很多大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的UPS系統(tǒng)單機(jī)負(fù)載率一般在10%至30%之間，大多數(shù)只有20%左右，在發(fā)展過(guò)程中的數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS單機(jī)負(fù)載率甚至更低，單機(jī)負(fù)載率10%不到的也占很大部分。

（2）目前仍有采用6脈沖整流的UPS在網(wǎng)運(yùn)行，且沒(méi)有采取相應(yīng)的諧波處理措施，導(dǎo)致系統(tǒng)額外附加功率損耗大。部分UPS系統(tǒng)雖然配置了諧波過(guò)濾器用于諧波治理，但治理后實(shí)際運(yùn)行情況沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)跟蹤，治理效果無(wú)法保證。

（3）交流UPS系統(tǒng)的后備蓄電池需經(jīng)過(guò)UPS逆變后才能供給負(fù)載，一旦UPS本身出故障，仍會(huì)造成負(fù)載停電。

3.數(shù)據(jù)中心不間斷電源系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

（1）模塊化交流不間斷電源系統(tǒng)

為解決傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)由于負(fù)載率低導(dǎo)致的系統(tǒng)低效率及難以實(shí)現(xiàn)按需擴(kuò)容等問(wèn)題，“模塊化”的概念被引入了交流UPS設(shè)計(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域，出現(xiàn)了模塊化交流UPS系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，模塊化UPS系統(tǒng)由機(jī)架、UPS功率模塊、靜態(tài)開(kāi)關(guān)模塊、顯示通信模塊以及電池組構(gòu)成，系統(tǒng)組成模式與直流供電系統(tǒng)相似，可以方便實(shí)現(xiàn)N+X冗余，可根據(jù)實(shí)際負(fù)載量來(lái)配置合理的電源容量，其系統(tǒng)效率及供電可靠性相比傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)都得到了提升。

（2）高壓直流不間斷電源系統(tǒng)

直流供電方式早已得到了長(zhǎng)期的、大規(guī)模的使用及驗(yàn)證，該方式將交流市電整流后與蓄電池并聯(lián)，直接為通信設(shè)備提供直流電源，大大提高了供電可靠性和工作效率，諧波小，可以很方便的實(shí)現(xiàn)按需擴(kuò)容。傳統(tǒng)的直流供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)一般為－48V，大功耗的數(shù)據(jù)中心設(shè)備若采用-48V的供電電壓，會(huì)使得配電線路的損耗大大增加，因此需要提高直流供電的電壓等級(jí)，于是出現(xiàn)了“高壓直流供電方式”。與傳統(tǒng)交流UPS系統(tǒng)比較，高壓直流供電系統(tǒng)的效率更高，系統(tǒng)損耗明顯降低。一般來(lái)說(shuō)，直流電源模塊的效率一般都在93%以上，即使模塊使用率在40%，效率也可以達(dá)到92%，而UPS系統(tǒng)的實(shí)際滿載效率一般僅為85％以上，不超過(guò)90％。同時(shí)，高壓直流供電系統(tǒng)還大大提高了不間斷供電系統(tǒng)的可靠性。

4.建議

（1）優(yōu)先考慮在新建以及改造使用年限長(zhǎng)、耗電量大、故障率高的傳統(tǒng)交流UPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心采用高壓直流供電系統(tǒng)或模塊化UPS系統(tǒng)。

（2）加強(qiáng)諧波治理。

5.某運(yùn)營(yíng)商案例

2010年某運(yùn)營(yíng)商先后在5個(gè)省建設(shè)了約23套高壓直流系統(tǒng)，用以取代傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)，建設(shè)規(guī)模及平均節(jié)電率情況見(jiàn)下表：

表3-3 某運(yùn)營(yíng)商高壓直流系統(tǒng)建設(shè)情況

四、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究

1.數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能建議

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能耗主要包括制冷機(jī)房能耗和空調(diào)末端系統(tǒng)能耗，通過(guò)對(duì)某運(yùn)營(yíng)商多個(gè)數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)研及分析，節(jié)能建議如下表：

表4-1 數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能建議

2.某運(yùn)營(yíng)商空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能案例

2010年該運(yùn)營(yíng)商組織了7個(gè)省，重點(diǎn)針對(duì)部分氣流組織不好、有局部過(guò)熱現(xiàn)象的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了精確送風(fēng)改造，節(jié)能情況如下表：

表4-2 某運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心精確送風(fēng)改造情況

除此之外，該運(yùn)營(yíng)商還先后在多個(gè)省份開(kāi)展了數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)能改造工程，取得良好效果，如：

（1）大型數(shù)據(jù)中心采用集中式冷凍水型恒溫恒濕專(zhuān)用空調(diào)，架空地板精確下送風(fēng)，管道結(jié)合自然回風(fēng)，氣流組織合理，提高空調(diào)系統(tǒng)整體能效比，節(jié)能效果顯著。

（2）合理設(shè)定機(jī)房溫濕度，分區(qū)精確供冷，提高效率，達(dá)到節(jié)能目的。

（3）部分專(zhuān)用空調(diào)取消加濕功能或配置獨(dú)立的加濕裝置，減少空調(diào)加濕能耗。

（4）采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)房負(fù)荷變化，自動(dòng)調(diào)整空調(diào)運(yùn)行數(shù)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（5）改造老數(shù)據(jù)中心機(jī)房上送風(fēng)風(fēng)口以達(dá)到節(jié)能效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗涉及到多個(gè)方面，本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心的實(shí)例分析，從電力和空調(diào)兩方面提出了節(jié)能降耗建議，目標(biāo)是為了更高效的利用能源，建設(shè)節(jié)能環(huán)保的綠色數(shù)據(jù)中心。