不间断电源高效模式在数据中心节能方面的应用

2019-08-23周宏渝李海平

通信电源技术 2019年7期

卢敏，周宏渝，李海平，卿波

（万国数据（成都）实业有限公司，四川成都 610000）

0 引言

数据中心作为巨量数据的交换、存储枢纽，其高度可靠的电力供应保证处于中心地位。数据中心节能需基于不降低电力可靠性的情况进行持续改进。在应用不间断电源的高效模式时，需要在不降低电力供应可靠性的情况下采取各种措施进行充分的分析验证。本文从不间断电源高效模式应用的理论分析、现场调试以及实际应用注意事项3个角度，对不间断电源高效模式在数据中心行业应用对电力供应可靠性的影响进行分析。

1 电力供应可靠性影响

1.1 国家标准对数据中心供电连续性的要求

旧国标GB50174—2008对供电连续性的要求[1]：（1）A级数据中心，服务器断电时间＜4 ms；（2）B级数据中心，服务器断电时间＜10 ms。

新国标GB50174—2017对供电连续性的要求[2]：（1）A/B级数据中心，服务器断电时间＜10 ms；（2）新国标相对于旧国标，对断电持续时间有所放宽。

1.2 不间断电源断电时间对服务器供电连续性的影响

不间断电源采用高效模式的情况下（静态旁路供电），如果发生静态旁路掉电，由于不间断电源必然存在对静态旁路掉电的检测、判断及切换环节，理论上必然存在对服务器的瞬时断电。不间断电源供电电压正弦波形如图1所示（以单相为例），周期时间T0=20 ms，Tc为断电持续时间，Ts为断电起始时间。根据电路原理[3]，受电设备是否掉电取决于其供电电压的有效值。现分析断电持续时间及断电起始时刻对供电电压有效值的影响。

图1 供电电压波形

其中，U为断电及其持续Tc时间后的电压有效值，Umax为正弦电压峰值，w为角速度，T为周期，Tc为断电持续时间。

UPS静态开关切换时间为10 ms和4 ms的计算结果列表，分别如表1、表2所示。从表1的计算结果可以看出，当UPS静态开关切换时间为10 ms时，所在周期有效值为额定值的70.7%。从表2的计算结果可以看出，当UPS静态开关切换时间为4 ms时，所在周期有效值最低为额定值的80.5%，最高为额定电压的97.5%。

从计算结果可以看到，切换时间越短，对电压有效值的影响越小。在断电持续时间为4 ms的情况下，周期内电压降低到额定值的80.5%～97.5%；在断电持续时间为10 ms的情况下，周期内电压降低到额定值的70.7%。

表1 静态开关切换时间为10 ms时对受电设备电压的影响

表2 静态开关切换时间为4 ms时对受电设备电压的影响

由于当前服务器和交换机的工作电压均范围很宽（100～240 VAC）。因此，理论分析计算，不间断电源采用高效模式的情况下，断电10 ms及以下不会导致服务器掉电。数据中心行业中，不间断电源不仅给服务器供电，还给其他负荷供电，其中最重要的是通过变频器为冷冻泵供电，而变频器为电压敏感设备。因而，在分析不间断电源高效模式的应用中，应重点考虑为变频器供电的情况。

2 不间断电源高效模式的现场调试

单机高效模式运行时，现场断开静态旁路开关QF1，观察下游负载是否断电；（2）并机高效模式运行时，现场一次断开静态旁路开关QF1和QF4，观察下游负载是否断电。

通过对4个品牌2种类型的UPS，按图2和图3的模式进行高效模式验证[4]，验证结果如表3所示。

图2 单机UPS高效模式调试

3 不间断电源高效模式实际应用中的注意事项

通过对品牌2和品牌3并机进行高效模式验证，存在共性问题和特性问题。

3.1 共性问题

（1）品牌2和品牌3在低负荷情况下，只要保证有1台不间断电源的静态旁路开关工作正常，即使其他不间断电源的主路和静态旁路都断开，并机不间断电源仍将保持高效模式运行且无法发出告警；

（2）品牌2和品牌3在高效模式下运行，不同不间断电源静态旁路分担的负荷比例不同（施工中电缆长度不一致引起）。由于不同品牌对不间断电源高效模式切换判断逻辑不同，可能导致部分品牌不间断电源因施工问题而无法进入高效模式，需在施工中引起高度重视。

图3 并机UPS高效模式调试

3.2 特性问题

（1）品牌2在高效模式下运行，断开蓄电池开关，不间断电源保持在高效模式运行。品牌3在高效模式下运行，断开蓄电池开关，不间断电源切换为逆变模式工作。调试中需要对不同品牌的不间断电源进行全面验证，以充分了解不同品牌设备的运行逻辑。

表3 验证结果

（2）品牌3并机，若先单独开启一台机并运行在高效模式，然后再加开一台机，可能导致加开设备运行在高效模式，而原设备运行在逆变模式，导致运行模式不一致。不同设备间产生功率循环可能引起潜在的设备损坏风险。调试中需要对不同品牌的不间断电源进行全面验证，以充分了解不同品牌设备的运行逻辑，从而避免潜在的设备风险。