張廣明

(中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所，北京 100190)

1 備用能源蓄電池催生了傳統(tǒng)的UPS設(shè)備

對供電系統(tǒng)提出不停電供電的要求是從上世紀70年代開始的，但在上世紀90年代之前的幾十年里，不停電供電要求的重點在于市電掉電的不穩(wěn)定過程中保護計算機硬件設(shè)備，在后續(xù)由備用能源供電的時間段內(nèi)存儲計算機運行的中間數(shù)據(jù)，并安全關(guān)機，即所謂的硬件保護和數(shù)據(jù)保護，如圖1所示，為數(shù)據(jù)中心不停電供電功能演變示意圖。

圖1 數(shù)據(jù)中心不停電供電功能演變示意圖

當(dāng)時，技術(shù)成熟并可用做后備能源的技術(shù)和產(chǎn)品只有柴油發(fā)電機和鉛酸蓄電池，鑒于當(dāng)時對不停電供電的主要要求是硬件保護和數(shù)據(jù)保護，所以計算機整機研制單位和專業(yè)電源設(shè)備廠家研發(fā)人員選擇了鉛酸蓄電池作為備用能源，并選擇了最簡單的配置方法，在電網(wǎng)市電的供電回路中，配置相應(yīng)容量的鉛酸蓄電池，如圖2所示。蓄電池是直流儲能能源，把它配置在交流供電電路中，電網(wǎng)市電正常時，電池需要AC/DC轉(zhuǎn)換充電，市電掉電時，需要DC/AC逆變向負載供電，這就形成了當(dāng)前傳統(tǒng)UPS典型的電路結(jié)構(gòu)形式。

圖2 傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS 設(shè)備電路形成的必然性

在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中簡單配置UPS以形成不停電供電系統(tǒng),這種設(shè)計理念在很長一段時間內(nèi)成為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的主流。但是，有四個概念是需要明確的。

(1)在系統(tǒng)中，主體是蓄電池，為負載提供備用能源，而UPS設(shè)備為電池服務(wù)。沒有計算機不停電供電要求，就不會在交流輸入電路中配置蓄電池，自然也就不會產(chǎn)生傳統(tǒng)的UPS設(shè)備。

(2)UPS設(shè)備的主要功能是在市電掉電時保證備用能源蓄電池不間斷向負載供電。IT設(shè)備由開關(guān)電源直接供電，開關(guān)電源輸出電壓性能指標(biāo)完全可滿足IT設(shè)備要求。實際上，大量的計算機設(shè)備一直是由電網(wǎng)直接供電的，諸如UPS普遍應(yīng)用前的計算機供電系統(tǒng)、當(dāng)前的筆記本和臺式機、后備式UPS(相當(dāng)于市電直供)為計算機供電、UPS轉(zhuǎn)旁路(相當(dāng)于市電直供)是UPS一種正常運行模式、科研和教育行業(yè)大型計算機系統(tǒng)等。再者說，由于UPS設(shè)備對電網(wǎng)的適應(yīng)能力(允許的市電電壓幅值、頻率、波形失真等變化范圍)和可靠性水平都比負載設(shè)備中的開關(guān)電源差，所以改善供電質(zhì)量并非UPS設(shè)計初衷。

(3)由于電池的容量(備用時間)是固定的，在系統(tǒng)運行中不允許添加或更換，而市電故障停電持續(xù)時間是不固定的，所以在系統(tǒng)中簡單的配置UPS設(shè)備，最終是不能保障系統(tǒng)連續(xù)運行的，不能構(gòu)成真正的不停電供電系統(tǒng)。

(4)備用電池容量不是越大越好。由于UPS設(shè)備不能在市電掉電時保證對負載不停電供電，所以在實際應(yīng)用中，用戶在配置電池容量時的心理狀態(tài)是越大越好，其結(jié)果是在電池成本、占地面積、維護難度等方面都帶來不利的影響。

2 數(shù)據(jù)中心連續(xù)性運行對備用能源設(shè)計提出了更高的要求

2.1 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)備用能源設(shè)計理念的變化

隨著數(shù)據(jù)中心功能的變化和建造技術(shù)的提高，有兩個關(guān)鍵因素極大地影響了對備用能源的設(shè)計理念：一是自上世紀90年代后，特別是進入21世紀以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對供電系統(tǒng)運行的連續(xù)性(可用性)提出了越來越高的要求；二是數(shù)據(jù)中心機架平均功率密度出現(xiàn)明顯增大的趨勢，從20世紀末的1.5～2.0kW/機架到21世紀初的3.0～5.0kW/機架。這兩個趨勢對傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)備用能源的設(shè)計方法提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，促使備用能源設(shè)計理念發(fā)生了兩個非常明顯的重大變化。

(1)必須配置可以連續(xù)運行的備用發(fā)電機系統(tǒng)。由于電網(wǎng)市電掉電柴油發(fā)電機投入運行后，仍可隨時添加燃油保證油機無限期的連續(xù)運行，所以在有供油協(xié)議的情況下，可認為油機是一個可長期連續(xù)運行的備用交流能源。

(2)要對數(shù)據(jù)中心所有需要連續(xù)運行的系統(tǒng)和設(shè)備配置備用能源。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心備用能源設(shè)計只注意到市電掉電后由UPS系統(tǒng)保證IT設(shè)備的不間斷運行，而制冷和其他子系統(tǒng)不配備UPS系統(tǒng)供電。特別是制冷系統(tǒng)，市電掉電后，所有的空調(diào)制冷設(shè)備因失去輸入電源而停止運行，此時唯一可利用的冷源是有限的房間空間的余冷。隨著機房機架功率密度的提高，房間余冷可維持IT設(shè)備繼續(xù)運行的時間變得很短，盡管UPS系統(tǒng)有足夠的供電保障時間，而IT設(shè)備卻因制冷不滿足要求而停止運行。高密度機房制冷問題的暴露使規(guī)劃設(shè)計者意識到，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的所有子系統(tǒng)對其高可用度的連續(xù)運行都是至關(guān)重要的，所以要對數(shù)據(jù)中心所有需要連續(xù)運行的系統(tǒng)和設(shè)備配置備用能源。

2.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的基本功能和現(xiàn)狀

圖3顯示了現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的典型架構(gòu)，可以看出，整個供電系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)備配置原則是保障數(shù)據(jù)中心整個基數(shù)設(shè)施供電的連續(xù)性。

從備用能源設(shè)計的角度看，可以把備用能源分成兩類。

(1)主備用能源柴油發(fā)電機

主輸入交流能源是電網(wǎng)市電，備用交流能源是備用柴油發(fā)電機，柴油發(fā)電機是唯一最終保證數(shù)據(jù)中心可無限期連續(xù)運行的備用能源，稱之為主備用能源。

圖3 現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的典型架構(gòu)

(2)過渡備用能源UPS系統(tǒng)

冗余的交流輸入能源存在著發(fā)電機啟動延時和兩種交流能源轉(zhuǎn)換的斷電時間，在此時間內(nèi)，系統(tǒng)中的所有設(shè)備都會因交流輸入斷電而停止運行，所以，應(yīng)該對系統(tǒng)中所有的關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備都配置UPS設(shè)備，稱之為過渡備用能源。需要配備過渡備用能源UPS系統(tǒng)的設(shè)備表示在圖4中。

圖4 數(shù)據(jù)中心備用能源功能示意圖

圖5 市電掉電后各種類型的備用能源投入運行的時間和系統(tǒng)工作狀態(tài)

2.3 市電停電后系統(tǒng)運行狀態(tài)及對備用能源的要求

圖5是市電掉電后各種類型的備用能源投入運行的時間和系統(tǒng)工作狀態(tài)。

(1)主備用能源柴油發(fā)電機保證主輸入交流能源的連續(xù)性。

市電掉電，油機捕捉到市電失壓信號后立即進入自動啟動程序，經(jīng)過一段延時后啟動，并通過油機與市電之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS自動切換后，代替市電對整個數(shù)據(jù)中心供電。在圖5中，油機啟動延時和ATS轉(zhuǎn)換總的時間是T1，在T1時間段內(nèi)，整個數(shù)據(jù)中心失去交流輸入供電。油機自動啟動的時間取決于油機系統(tǒng)配置和油機參數(shù)設(shè)置，單臺油機理想的啟動時間在15s左右，ATS自動轉(zhuǎn)換時間為幾百ms。所以，T1的典型規(guī)劃值應(yīng)在30s左右。

(2)過渡備用能源UPS系統(tǒng)保障IT及其他各種設(shè)備的供電連續(xù)性市電掉電后，需要UPS系統(tǒng)保護的除IT設(shè)備之外，還包括圖4所示的機房中其他需要連續(xù)運行的系統(tǒng)和設(shè)備。圖5中，UPS電池逆變供電的時間是T1，待油機啟動切換后，UPS就立即恢復(fù)到交流輸入逆變狀態(tài)，此時的交流輸入電壓來自柴油發(fā)電機。TI也是備用電池的最小備用時間，或者說是電池的可利用備用時間。

(3)空間余冷保障低平均功率密度機房IT設(shè)備制冷的連續(xù)性。

市電掉電后，對于一般配置精密空調(diào)的機房，此時唯一可利用的冷源是房間空間的余冷。機房空間余冷是有限的，視機房空間高度、機房機架密度(數(shù)量)和實際IT負荷的大小，余冷的可用時間差別很大，所以有限的余冷能維持機架進風(fēng)溫度由系統(tǒng)正常時的23℃到30℃的時間是一個很大的變數(shù)，在圖5中，由機房余冷維持平均機架功率密度<2kW的機房，IT設(shè)備進風(fēng)溫度由23℃到30℃時間用T3表示。而由機房余冷維持平均機架功率密度>3kW的機房，IT設(shè)備進風(fēng)溫度由23℃到30℃時間用T2表示。

T2和T3的典型值是：機架平均功率密度<2kW，滿負荷維持時間3～5min；機架平均功率密度3kW，滿負荷維持時間1～3min；機架平均功率密度≥5kW，滿負荷維持時間<1min。

(4)冷凍水儲冷罐儲冷保障高平均功率密度機房IT設(shè)備制冷的連續(xù)性。

為了在市電停電后能在油機啟動切換期間保障IT設(shè)備制冷的連續(xù)性，就必須采用冷凍水制冷方案，并配置冷水罐儲備冷水，由儲備的冷水維持高功率密度機房的連續(xù)制冷。當(dāng)然，維持冷水輸送的水泵也要由專用的UPS設(shè)備供電。值得注意的是，不管是傳統(tǒng)精密空調(diào)，還是冷凍水機組，在輸入電源恢復(fù)正常時，都存在較長的制冷功能恢復(fù)延時時間，視制冷設(shè)備類型和型號的不同，此時間的典型值在3min左右。也就是說，冷水罐儲冷維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的時間，應(yīng)包括油機啟動切換延時和制冷設(shè)備恢復(fù)制冷功能延時兩個時間。在圖5中，制冷設(shè)備啟動延時制冷的時間用T4表示。而冷水罐儲冷維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的最小時間用T5表示，且T5=T1+T4。T5是儲冷罐維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的最小時間，也是維持IT設(shè)備連續(xù)制冷的可利用時間。

(5)油機儲油，保障油機運行的連續(xù)性。

由于市電掉電后需要油機持續(xù)運行的時間是不確定的，油機自行儲油，還包括機房專門配置的儲油箱儲油，總儲油量是個固定量，都不具備保障油機連續(xù)運行的條件，所以，與相關(guān)的燃油供應(yīng)單位簽定燃油供應(yīng)協(xié)議就成為保障油機連續(xù)運行的重中之重。在圖5中，燃油供應(yīng)協(xié)議時間用T6表示，此時間因數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)的供油單位距離、交通條件以及其他不可預(yù)測多種因素有關(guān)，是一個極大的變數(shù)。在供油協(xié)議規(guī)定的時間內(nèi)，就必須由油機自行儲油和機房專門配置的儲油箱儲油，保障油機正常運行，此時間應(yīng)大于燃油供應(yīng)協(xié)議的時間T6，所以T6是油機和專用儲油箱儲油的最小時間，也是油機和專用儲油箱儲油的可利用時間。

3 相關(guān)標(biāo)準及常規(guī)規(guī)劃設(shè)計存在的問題

在保障數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施連續(xù)運行和如何正確選擇配置備用能源這個至關(guān)重要的問題上，當(dāng)前在建和已經(jīng)運行的數(shù)據(jù)中心存在著各種各樣的問題，有些問題是規(guī)劃設(shè)計者沒有意識到，因而很多問題被忽視，沒有引起足夠的重視；有些問題是在“必須符合標(biāo)準”的設(shè)計思想下，硬性引用或套用并不適合數(shù)據(jù)中心的有關(guān)建筑、電力、安全等標(biāo)準的相關(guān)條款；有些即便是專為數(shù)據(jù)中心編制的專業(yè)標(biāo)準，也因概念模糊和錯誤而出現(xiàn)嚴重影響數(shù)據(jù)中心運行連續(xù)性功能的條款。

3.1 兩路市電問題

2N供電系統(tǒng)是當(dāng)前可用性級別最高的供電方案，此方案最根本的特點是前端要有冗余的交流能源，后端要有雙輸入負載，整個供電系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)都是冗余配置。前端要求兩路完全獨立、相互隔離、彼此冗余的交流能源輸入，在有條件的地區(qū)可以引入第二路市電，條件是兩路市電必須完全隔離。在不具備條件的地區(qū)可以自備柴油發(fā)電機。實際上，自備發(fā)電機才是滿足完全獨立要求的理想的備用市電，自備發(fā)電機完全由用戶控制，包括選購的機型、容量、運行參數(shù)設(shè)置，以及日常維護工作等。

但是，當(dāng)前普遍的做法是，在必須配置備用發(fā)電機的前提下，仍然要求引入兩路市電，并把這一要求寫進標(biāo)準中，這是對2N方案的錯誤理解。實際上，在發(fā)電機作為主要備用交流能源的情況下，再要求第二路市電，除了增大建設(shè)成本和維護難度外，對整個系統(tǒng)的可用性的提高效果微乎其微。再者，絕大多數(shù)地區(qū)不具備兩路完全獨立的市電，所謂兩路市電，并不是冗余的交流能源輸入，而僅僅是同一電網(wǎng)輸入的兩個冗余傳輸途徑而已。

3.2 備用柴油發(fā)電機問題

備用柴油發(fā)電機是數(shù)據(jù)中心連續(xù)運行的關(guān)鍵設(shè)備，但是由于數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計者盲目引用電力和建筑行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準的有關(guān)條款，從而嚴重限制了它的備用功能。

3.2.1 自動啟動和自動切換問題

有關(guān)電力標(biāo)準規(guī)定，當(dāng)一個用電單位或地區(qū)需要配置備用發(fā)電機時，要嚴格限制該發(fā)電機的自動啟動和自動切換功能，這一條規(guī)定源于這些發(fā)電機大多是公用設(shè)施，也就是說，它投入運行后可能同時為多個不同單位不同用電系統(tǒng)供電，各用電單位和系統(tǒng)對市電掉電后備用發(fā)電機啟動和運行可能有不同的要求，所以限制自動啟動和自動切換是理所當(dāng)然的。但是，在數(shù)據(jù)中心配置的發(fā)電機需是數(shù)據(jù)中心專用，并且要求必須在規(guī)劃規(guī)定的時間(例如30s、1min或2min)內(nèi)投入運行。人工操作啟動發(fā)電機和切換供電，會受到很多人為因素的影響，很難保證在規(guī)定的時間內(nèi)啟動并投入運行。對于嚴格要求連續(xù)供電的數(shù)據(jù)中心，市電掉電后備用發(fā)電機不能自動啟動和切換，就等于沒有配置備用發(fā)電機。

3.2.2 發(fā)電機與市電切換級數(shù)問題

同樣因為發(fā)電機大多是公用設(shè)施，不同的用電系統(tǒng)之間必須保證電器隔離，所以有關(guān)電力標(biāo)準規(guī)定，發(fā)電機與市電的切換開關(guān)ATS要同時切換三相相電壓和N線。ATS動作時同時轉(zhuǎn)換N線，有兩種情況可能造成嚴重的N線斷開事故，一是ATS動作過程中，可能出現(xiàn)瞬間先斷開N線后斷開相線，或者先接通相線后接通N線的現(xiàn)象；二是在ATS安裝和維護過程中，可能出現(xiàn)N線接觸不良或人為的N線斷開故障。這兩種情況都會造成三相相線接通而N線斷開的故障。眾所周知，在三相系統(tǒng)為單相負載供電時，由于三相負載不平衡，三相系統(tǒng)N線斷開時，會燒毀單相負載。在數(shù)據(jù)中心交流輸入系統(tǒng)中，存在的單相負載包括照明燈具、空調(diào)制冷設(shè)備控制系統(tǒng)電源、UPS設(shè)備自用電源、風(fēng)扇等。在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中，這種事故屢次發(fā)生。所以，在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，不允許使用同時切換相線和N線的ATS設(shè)備。再者說，數(shù)據(jù)中心要求配置專用備用發(fā)電機，發(fā)電機是數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的一個設(shè)備，不存在發(fā)電機與市電之間的隔離問題，所以最可靠的辦法是發(fā)電機N線直接接在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)地上，發(fā)電機與市電之間用3極ATS設(shè)備切換。

3.2.3 備用發(fā)電機儲油問題

燃油供應(yīng)協(xié)議是保證發(fā)電機不間斷、無限期持續(xù)運行的關(guān)鍵，而發(fā)電機儲油只是在供油協(xié)議期間的過渡措施，所以要求自帶油箱和附加儲油箱的總儲油量的可運行時間要大于協(xié)議供油的時間，至于要大多少，這是用戶根據(jù)自身條件、安全期望程度以及放心程度來決定。但是，有些與備用發(fā)電機相關(guān)的標(biāo)準(也包括數(shù)據(jù)中心的專業(yè)標(biāo)準)在儲油這一條款中，不強調(diào)必須有供油協(xié)議，而把一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為標(biāo)準，重點強調(diào)一個固定的儲油時間(例如8h、20h、36h或72h)，特別是把儲油時間與系統(tǒng)安全等級聯(lián)系起來，同樣都配置了備用發(fā)電機，B級機房要求儲油36h，而A級則要求72h，好像同一規(guī)格的發(fā)電機，在B級機房運行會比在A級機房運行可節(jié)油50%。

3.2.4 忽視影響發(fā)電機啟動的負載因素

備用發(fā)電機能否成功啟動與發(fā)電機容量有關(guān)，還與數(shù)據(jù)中心負載性質(zhì)有密切關(guān)系。眾所周知，當(dāng)負載輸入阻抗呈容性特性時，會嚴重影響發(fā)電機的啟動和運行，這一點常常被規(guī)劃設(shè)計者忽視。由于條件所限，很多數(shù)據(jù)中心建成后只能用電阻性負載驗證發(fā)電機的帶載啟動能力和運行狀況，但這種做法會為數(shù)據(jù)中心能否連續(xù)運行埋下了重大隱患。

在數(shù)據(jù)中心中，影響發(fā)電機啟動的最典型的容性負載有三個。

(1)交流輸入電容補償柜

同樣是電力部門的要求，為了避免用電負載功率因數(shù)對電網(wǎng)造成污染，相關(guān)標(biāo)準規(guī)定所有的用電系統(tǒng)前面必須加電容補償柜，數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計者在不確定數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)輸入功率因數(shù)性質(zhì)和大小的情況下，往往先入為主在設(shè)計圖中配置了這一設(shè)備，當(dāng)數(shù)據(jù)中心配置了高壓柴油發(fā)電機時，該設(shè)備必然影響發(fā)電機的啟動。

(2)工頻機UPS無源濾波器

工頻機UPS在市電掉電后的工作狀態(tài)如圖6所示。此時UPS的工作狀態(tài)是：電池通過DC/AC逆變向負載供電，輸入端AC/DC控制關(guān)斷，UPS輸入斷路器并未關(guān)斷，此時油機啟動正常后，經(jīng)ATS轉(zhuǎn)換面對的負載是UPS無源濾波器。待油機啟動切換成功后，UPS檢測到輸入電壓正常后才轉(zhuǎn)到市電供電狀態(tài)。

圖6 市電掉電后UPS的工作狀態(tài)和輸入阻抗特性

通過圖6，要明確幾個概念：1)油機啟動后切換時面臨的是空載UPS；2)油機啟動切換后的負載與UPS是否緩啟動無關(guān)；3)UPS啟動切換是否成功與UPS的輸入功率因數(shù)和諧波含量無關(guān)(UPS輸入關(guān)閉)；4)在UPS輸入空載(關(guān)斷)情況下，無源濾波器呈現(xiàn)純?nèi)菪宰杩梗?)在UPS1+1冗余系統(tǒng)中，負載是一臺UPS額定容量的容量，而無源濾波器相對發(fā)電機確是兩臺相加的。

總之，當(dāng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)配置了工頻機UPS時，市電掉電后呈現(xiàn)純?nèi)菪缘臒o源濾波器，會嚴重影響電機的啟動。

(3)混合式有源濾波器

電力部門防止用電設(shè)備諧波污染的另一種做法，是要求在輸入端加有源濾波器。理由是濾波效果更好，且有源濾波器不會在空載時出現(xiàn)影響發(fā)電機啟動的容性特性。但是，當(dāng)前的有源濾波器產(chǎn)品大多是混合式，是由無源濾波器和有源濾波器并聯(lián)組成，如圖7所示。負載出現(xiàn)的低次諧波(5、7、11、13等)由無源濾波器濾除，其他高次諧波才由有源濾波器濾除，所以，混合式有源濾波器對發(fā)電機啟動的影響與無源濾波器是一樣的。

圖7 混合式有源濾波器

3.3 UPS備用電池

UPS蓄電池只是在市電掉電后發(fā)電機啟動和切換時間內(nèi)的過渡儲能設(shè)備，電池備用時間必須大于市電掉電后發(fā)電機啟動和切換時間，至于具體大多少時間，也是應(yīng)該由用戶根據(jù)自身條件、安全期望程度以及放心程度來決定，無需用標(biāo)準對用戶作出硬性規(guī)定，當(dāng)前電池備用時間普遍取值過大，這與相關(guān)標(biāo)準的規(guī)定有直接關(guān)系，實際上存在著維護難度增大的弊病和成本、承重等資源的巨大浪費。

3.4 高機架功率密度制冷方案問題

對于高機架功率密度機房，制冷方案有多種形式可以選擇，例如冷熱通道封閉、列間空調(diào)、背板技術(shù)等，這些方案在市電正常時有很好的制冷效果，并且在節(jié)能方面也取得了很好的成效。但是，考慮到市電掉電后的制冷連續(xù)性，不論什么制冷技術(shù)或方案，冷源的屬性都是由系統(tǒng)制冷的連續(xù)性要求決定的，必須采用有儲冷功能的冷源。很多制冷方案規(guī)劃者只注意到市電正常時的制冷效果，一味提高機架平均功率密度，忽視市電停電時是否可以連續(xù)制冷這一關(guān)鍵問題。此種情況在舊機房改造案例中多有發(fā)生。

3.5 關(guān)于冷凍水儲冷運行時間的規(guī)定

同UPS儲能電池一樣，冷源儲冷也是一個過渡成形式，儲冷運行最小時間是設(shè)備在市電掉電后發(fā)電機啟動切換時間與交流電源恢復(fù)制冷設(shè)備制冷功能延時啟動時間之和，實際儲冷運行時間自然要大于最小要求時間，至于大多少，也是應(yīng)該由用戶根據(jù)自身條件、安全期望程度以及放心程度來決定，無需用標(biāo)準對用戶作出硬性規(guī)定。

4 對備用能源配置方案改革的思考

不停電供電系統(tǒng)的方案是由備用能源的選用和配置方法決定的，因而，要對不停電供電系統(tǒng)做進一步的改進和改革，最首要的是要考慮如何改進和優(yōu)化備用能源的配置方法。

圖8顯示了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心供電方案和兩種可能的改革方案。

圖8 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電方案及改革方案設(shè)想

(1)圖8(a)顯示的是沒有不停電供電要求的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)，在UPS設(shè)備出現(xiàn)前，所有的大型計算機和數(shù)據(jù)中心都是這樣供電的。該系統(tǒng)由市電經(jīng)變配電后直接供電，供電質(zhì)量由IT設(shè)備中的開關(guān)電源保證，市電故障停電時系統(tǒng)宕機。

(2)圖8(b)是傳統(tǒng)的不停電供電系統(tǒng)、系統(tǒng)運行過程以及備用能源配置原則等，在本文第2、3節(jié)中已經(jīng)有詳細的描述。

(3)圖8(c)是對IT設(shè)備供電的UPS系統(tǒng)改革方案——機架自主儲能系統(tǒng)。

既然發(fā)電機已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心必備的并可及時投入運行的能源設(shè)備，過渡備用能源蓄電池的后備時間就可以大大減少，這為把蓄電池移至到IT機架中，配置在IT設(shè)備中的開關(guān)電源的直流輸出端創(chuàng)造了條件，于是就形成了機架自主儲能改革方案。此方案從根本上去掉了對IT設(shè)備供電的傳統(tǒng)UPS雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

機架自主儲能UPS系統(tǒng)組成要點：1)IT設(shè)備中去掉傳統(tǒng)12V輸出開關(guān)電源，保留低壓DC/AC變換；2)交流輸入直接對機架供電；3)在機架中配置集中式12V或48V輸出開關(guān)電源，模塊化冗余配置，低功率密度機房可用12V，高功率密度機房宜用48V；4)在開關(guān)電源12V或48V輸出端集中配置過渡備用電池，組成不停電供電系統(tǒng)。

機架自主儲能UPS系統(tǒng)對傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)做了重大的變革，在簡化系統(tǒng)、提高系統(tǒng)可靠性、降低成本和提高運行效率等方面，都會有明顯的成效。機架自主儲能方案的不足之處，是它只解決為IT設(shè)備供電的問題，從圖8(c)可以看出，系統(tǒng)中其他需要不停電保護的子系統(tǒng)和設(shè)備，仍然需要配置傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)。機架自主儲能方案的實施，需要IT設(shè)備廠商提供支持，這為該方案的實施和應(yīng)用增大了難度。

(4)圖8(d)是對整個供電系統(tǒng)變革的設(shè)想——不間斷供電的備用發(fā)電機系統(tǒng)。