包銀秀

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

分析數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率

包銀秀

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局 陜西西安 710000）

本文主要分析了數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率。在實際工作中，普遍定義方法以及相關(guān)計算法均產(chǎn)生不一致的作用，對數(shù)據(jù)中心用電量的能效進行有效的分析，同時完成兩種主流可靠電源UPS以及HVDC的個體以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分析。同時本文還分析了在供配電系統(tǒng)中UPS的效率情況，本文對未來數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)與HVDC系統(tǒng)的不同效率的分析提供相應的借鑒以及參考。

數(shù)據(jù)中心；UPS系統(tǒng)；HVDC系統(tǒng)；不同效率

1 前言

隨著社會的發(fā)展，對于傳統(tǒng)電信、金融以及政府等行業(yè)中逐漸使用IT信息技術(shù)，其技術(shù)的應用規(guī)模實現(xiàn)了擴大趨勢，人們關(guān)于數(shù)據(jù)方面的需求量同時也實現(xiàn)持續(xù)的增長，在上述的基礎上促使數(shù)據(jù)中心逐漸生成。數(shù)據(jù)中心電力基礎架構(gòu)中的UPS是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，UPS其身份為關(guān)鍵的電源，主要的作用就是對各類服務器以及相關(guān)的存儲設備保持穩(wěn)定、可靠、持續(xù)地工作提供切實的保障，將那部分來自市電以及環(huán)境所造成的影響順利的屏蔽掉。最為原始的是后備式，隨著在線互動式實現(xiàn)進一步的發(fā)展，直到目前的雙變換實現(xiàn)逐漸的在線式[1]。主要功率器件的選擇也實現(xiàn)了基本的發(fā)展，傳統(tǒng)形式是選取晶閘管以及MOSFET，今天發(fā)展選擇IGBT，其主要涉及到的品牌有以下幾種：科華、索克曼、伊頓、施耐德、艾默生等，單機功率可明顯的達到MVA級。在實際工作中，因為存在UPS的作用，數(shù)據(jù)中心因為上述原因?qū)е麻L期存在其能量利用率非常低等情況。隨著社會的發(fā)展，能源危機以及節(jié)能減排情況日益突出，從根本上實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能顯得十分重要。發(fā)展至20世紀90年代末期，高壓直流電源（HighVoltage Direct Current HVDC）是一種新型的電源[2]，高壓直流電源的能效指標目前已經(jīng)實現(xiàn)主流UPS的全部超越，所以，HVDC目前已經(jīng)逐漸發(fā)展成為數(shù)據(jù)中心的電源新選擇之一。

2 分析數(shù)據(jù)中心用電量的能效

UPS并不是在數(shù)據(jù)中心的電力環(huán)境中單獨存在的，一般情況下，需要適當?shù)氖褂靡徊糠蛛娎|、風扇等其他的相關(guān)設備，跟這部分相關(guān)設備完成數(shù)據(jù)中心電力基礎架構(gòu)的構(gòu)建，數(shù)據(jù)中心低效中IT供電鏈路最為主要的環(huán)節(jié)之一。所以，數(shù)據(jù)中心電力消耗效率模型詳細如圖1所示[3]，在下圖中，存在以下情況，設備總輸入其中低于50.00%的是最終給IT負載使用的。但是，制冷消耗需要除外，在電力轉(zhuǎn)換的過程和路徑上存在大部分的能量損耗。

圖1 數(shù)據(jù)中心電力消耗效率模型示意圖

一個“超微型”[4]數(shù)據(jù)中心含有總負載100WIT的，275W總電能的分解示意圖如圖2所示，分析圖2我們可以得到，想要給終端負載輸送100W的電能，那么總共需要完成高達275W以上電能的消耗：

圖2 “超微型”數(shù)據(jù)中心示意圖

想要在數(shù)據(jù)中心領域完成效率的度量以及比較，一般情況下，都會通過電能的使用效率來定義PUE，即：PUE=所有設備的耗電量/IT設備的耗電量?？煞纸釶UE得到：PUE=制冷能效因子（CLF）+供配電能耗因子（PLF）+1}PLF表示在每瓦IT負載上供配電系統(tǒng)的損耗。所以，在實際工作中，我們可以通過PLF指標來表征數(shù)據(jù)中心的能效，在上述的基礎上度量以及比較IT負載能源的效率[5]。

3 分析在供配電系統(tǒng)中UPS的效率

如果是單臺的UPS，效率會直接受到效率曲線表明帶載率的影響，也就是效率曲線表明帶載率越低其產(chǎn)生的效率就會越低，效率曲線表明帶載率越高，其產(chǎn)生的效率就會越高，但是數(shù)據(jù)中心中UPS直接關(guān)系到其他各種電力基礎設施。想要在實際工作中，對UPS效率情況進行真實地觀察，那么就需要宏觀地站在數(shù)據(jù)中心的角度完成有效的分析。分析UPS效率以及UPS負載的百分比情況，得到圖3。分析圖3我們可以得到實際給IT負載消耗的電量就是方格部位，UPS內(nèi)部的損耗大小則由斜線柱來表示，方格柱其大小占整根柱長的百分比則指的是設備的實際運行效率。在實際工作中，分析實際數(shù)據(jù)得到，損耗百分比斜線柱部分一般會被分為以下幾個部分：第一個部分是No-Load Loss，指的是空載損耗，同時也是指空載時的損耗大小?？蛰d損耗主要指的是風扇以及熱損等部分，其損耗占總損耗比例≥40.00%[6]。第二個部分是指Square-Law Loss，指平方律損耗，同時也指的是隨負載的不斷上漲，會直接造成元件電流增大所產(chǎn)生的一部分損耗，同時很IZ-R損耗關(guān)系存在明顯的相似之處，其主要以一種熱能的形式完成外部散播。第三個部分是Proportional Loss，指的是比例損耗，同時也指損耗變化跟負載量呈現(xiàn)正比，其主要由以下幾個部分構(gòu)成：①功率器件開關(guān)損耗；②驅(qū)動損耗；③磁性器件鐵損；④其他損耗等。

圖3 UPS效率以及UPS負載的百分比情況

同時我們還可以得到，在沒有負載的情況下仍然存在一部分難以預估的空載損耗，也就是說不管在哪一種情況下，UPS其本身均會存在一定程度的損耗電能情況，同時會保持恒定的數(shù)量大小，但是在實際工作中，損耗比率會受到負載的直接影響，兩者呈現(xiàn)一個反比關(guān)系，例如負載減少，損耗比率增加；負載增加，損耗比率減少。但是第三種損耗其呈現(xiàn)的主要是等比例的細小的變化。第二種損耗一般情況下均在導線以及開關(guān)節(jié)點上存在，其所占的比例非常的小，所以其不會隨著負載的變化而發(fā)展巨大的變化，不會對那部分輸送給負載功率百分比產(chǎn)生影響，所以，總體而言，一般情況下，工作效率跟負載之間的關(guān)系還是較為明顯的，負載的增加，工作效率就會發(fā)生一定幅度的提升，在實際工作中，我們可以選擇通過各款主流UPS的效率圖查閱之后，得到進一步的確認。

4 結(jié)語

綜上所述，如果在實際工作中，按照實際情況的需要，更新以及生產(chǎn)效率更高的可靠性更強的HVDC產(chǎn)品，那么其產(chǎn)生的吸引力將會是非常大的，其產(chǎn)生的作用也是非常大的，可以將其作為一次變革來看。隨著社會的發(fā)展，新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度非常的迅速，因為目前都是直流輸出的分布式電能裝置，例如：風能、燃料電池、太陽能光伏等分布式電能裝置，該類型的分布式電能裝置可以跟HVDC很好地相匹配。所以，將會在不久的未來取得非常有效的協(xié)同規(guī)模發(fā)展前景。雖然在目前實際工作中，那部分原有的高壓直流系統(tǒng)還存在一部分配套產(chǎn)品不齊全以及不規(guī)范等問題，難以實現(xiàn)電壓標準的有效統(tǒng)一等各個方面的問題，同時行業(yè)工作人員對高壓直流系統(tǒng)所保持的認知度還是相對比較低的，但YDB037-2009隨著相關(guān)規(guī)定的頒布。促使HVDC的市場開拓以及發(fā)展在行業(yè)層面完成預熱工作，促使其未來的發(fā)展道路實現(xiàn)進一步便捷化，同時HVDC的市場開拓還上游廠商、下游廠商創(chuàng)造了福利，例如：為其提供清晰接口。在未來的發(fā)展過程中，只要國家出臺關(guān)于“綠色能源”的政策條例，那么我們就可以將UPS完全替代，使用HVDC完全替代，同時促使HVDC實現(xiàn)大規(guī)模的推廣。促使HVDC實現(xiàn)進一步的智能化、精細化、模塊化，促使未來的數(shù)據(jù)中心電源應用實現(xiàn)有效化，促使節(jié)能途徑以及發(fā)展的方向?qū)崿F(xiàn)進一步明確。

[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]孫 超.拓展訓練引入初中體育與健康課程的實驗研究[D].揚州大學，2013，121.

[3]郭亦興.數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)分析與節(jié)能探討[D].長安大學，2013，5，25.

[4]閆闖.我國高等院校拓展訓練課程教學理論的研究[D].北京體育大學，2012，666.

[5]尹磊杰.初中生拓展訓練的課程設計[D].陜西師范大學，2012，320.

[6]關(guān)通.應用于IDC機房供電系統(tǒng)的HVDC電源的設計與實現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學，2012：224～225.

TN86

A

1004-7344（2016）08-0299-02

2016-3-5

包銀秀（1985-），女，助理工程師，本科，主要從事民航空管系統(tǒng)設備的維護管理工作。