一、概述
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及基層央行對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)認(rèn)識(shí)的不斷加深，中心機(jī)房建設(shè)和改造，近幾年如火如荼。但隨之而來的就是日益龐大的電費(fèi)開銷，中心機(jī)房在建設(shè)中的投資，其中電氣、電源、制冷等系統(tǒng)設(shè)施占了一半以上的投資比例，高額的電能消耗使得整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本居高不中心機(jī)房面臨“建得起卻用不起”的尷尬境地。
降低中心機(jī)房的運(yùn)營(yíng)成本和節(jié)能降耗成了基層央行有關(guān)部門關(guān)注的問題，節(jié)約能源可以從以下幾方面入手。首先是機(jī)房環(huán)境的節(jié)能，包括制冷環(huán)境、供電環(huán)境;其次是從IT硬件設(shè)備節(jié)能，減少IT設(shè)備的能耗;最后是IT設(shè)備內(nèi)部各集成電路的節(jié)能，比如CPU的節(jié)能等。UPS處于交流供電環(huán)節(jié)的最重要一環(huán)，機(jī)房幾乎所有的IT設(shè)備由UPS供電，提高運(yùn)行時(shí)的能效勢(shì)在必行。UPS的節(jié)能必須從方案、電池、配電等方面全方位進(jìn)行。
二、按需擴(kuò)容的柔性規(guī)劃
一般地市級(jí)中心機(jī)房的建設(shè)都不是一步到位，會(huì)考慮今后未來5到10年的需求，但是UPS一般都是一步到位，一次就安裝了2套大功率的UPS并機(jī)，結(jié)果初期負(fù)載只有規(guī)劃容量的10%～20%，沒等承載所規(guī)劃的負(fù)載就進(jìn)入了設(shè)備淘汰期。這不僅造成投資的浪費(fèi)，而且也無法使UPS運(yùn)行在較高的效率點(diǎn)，造成電能的浪費(fèi)。如何避免這種情況的發(fā)生，從UPS供電系統(tǒng)角度考慮，應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面。
(一)供電方案設(shè)計(jì)
目 前UPS供電方案主要有分散供電、集中供電2種。分散供電的特點(diǎn)是一臺(tái)UPS為一臺(tái)或多臺(tái)負(fù)載設(shè)備供電。分散供電的好處是分散風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)因?yàn)橐慌_(tái)UPS供電異常而造成大面積停電;缺點(diǎn)是UPS分散布置，不便管理，而且布線不易規(guī)劃。另一種是采用集中供電方案，由一套大功率的UPS供電系統(tǒng)直接對(duì)機(jī)房的所有負(fù)載供電。集中供電的好處是便于規(guī)劃、管理方便、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是如果UPS系統(tǒng)異常，容易引起大面積停電事故，此缺點(diǎn)可以通過采用各種并聯(lián)構(gòu)架來避免。因此，以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，目 前的中心機(jī)房一般都采用集中供電方案，也集中了供電的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)機(jī)房UPS裝機(jī)總?cè)萘砍^一定限度時(shí)，建議將機(jī)房按幾期規(guī)劃分成幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行供電。
(二)UPS在線并機(jī)擴(kuò)容功能
機(jī)房UPS容量的規(guī)劃，可以根據(jù)不同時(shí)期的負(fù)載容量要求采用逐步擴(kuò)容的方案，使投資方案更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也能使UPS工作于較佳的效率點(diǎn)。目 前中、大功率段的UPS均已經(jīng)具備冗余并機(jī)功能，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也為機(jī)房擴(kuò)容提供了條件。只要規(guī)劃時(shí)在UPS前后配電箱預(yù)留足量的空氣開關(guān)，并在機(jī)房規(guī)劃相應(yīng)空間，即可實(shí)現(xiàn)UPS并機(jī)擴(kuò)容功能。關(guān)鍵是并機(jī)的過程處理，多種品牌UPS并機(jī)時(shí)需要對(duì)UPS的設(shè)置進(jìn)行修正，此時(shí)要求UPS必須在維修旁路狀態(tài)工作，UPS由市電直接帶載，如果此時(shí)市電波動(dòng)較大甚至停電，將造成系統(tǒng)的大面積癱瘓。所以并機(jī)擴(kuò)容必須具備在線并機(jī)功能，即UPS并機(jī)擴(kuò)容時(shí)，只需將新增UPS軟件修改至與原UPS系統(tǒng)一致后，在不關(guān)閉原有UPS系統(tǒng)的情況下直接將新增UPS并入原有系統(tǒng)即可，擴(kuò)容前后，UPS均工作于在線模式下，避免切換至旁路供電的高風(fēng)險(xiǎn)操作。
采用模塊化UPS實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)容
目 前，模塊化UPS已經(jīng)開始在國內(nèi)應(yīng)用，模塊化UPS特點(diǎn)主要包括：可擴(kuò)容、平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)短、可經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余并機(jī)。以臺(tái)達(dá)C系~IJUPS為例，每個(gè)模塊為20kVA，整個(gè)系統(tǒng)最大可擴(kuò)容至160kVA，可以根據(jù)機(jī)房的實(shí)際容量需求，逐步擴(kuò)容，只要在機(jī)房初期規(guī)劃好配電容量即可。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“N+X”冗余比較劃算，以60kVA的容量要實(shí)現(xiàn)“N+I”冗余為例，傳統(tǒng)方案必須擴(kuò)容一臺(tái)60kVAUPS，而采用模塊化UPS，則只需擴(kuò)容一個(gè)20kVA的模塊即可，節(jié)省大筆資金的投入。
提高UPS自身能效，優(yōu)化負(fù)載效率曲線
目 前UPS均為在線式雙變換構(gòu)架，在其工作時(shí)整流器、逆變器均存在功率損耗。以一個(gè)容量為60kVA的UPS為例，每度電按1.2元計(jì)算，UPS效率每提高1%，一年節(jié)省的電費(fèi)為5045.76元。可見提高UPS的工作效率，可以為數(shù)據(jù)中心節(jié)省一大筆電費(fèi)，也是降低整個(gè)機(jī)房能耗的最直接方法。因此采購UPS應(yīng)盡量采購效率更高的UPS。
當(dāng)然UPS效率高不僅僅是滿載時(shí)效率高，同時(shí)也必須具備一個(gè)較高的效率曲線，特別是在“1+1”并機(jī)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，每臺(tái)UPS容量不得大于50%，如果此次效率僅為90%以下，就算滿載效率達(dá)到95%以上，也是沒有意義的，所以要求UPS必須采取措施優(yōu)化效率曲線，使UPS效率在較低負(fù)載時(shí)也能達(dá)到較高的效率。
除了提高UPS自身的效率之外，UPS的一些功能也可加以利用。比如像ECO經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，其原理是在較好的市電環(huán)境下，激活此功能，使UPS由靜態(tài)旁路直接供電，此時(shí)逆變器處于待機(jī)狀態(tài)，正常工作但不輸出能量，_旦市電異常，UPS立即切換到逆變器供電狀態(tài)，切換時(shí)間一般在1毫秒以內(nèi)，由于逆變器處于待機(jī)狀態(tài)，所以自身損耗很小，此時(shí)UPS的整機(jī)效率可以達(dá)~1J97%以上，比正常模式減少3%以上的損耗。
使用ECO模式必須具備2個(gè)條件：一是靜態(tài)旁路必須采用兩組高可靠晶閘管，不得采用接觸器加晶閘管的組合，因?yàn)榻佑|器吸合時(shí)接觸點(diǎn)會(huì)打火，一般工作數(shù)百次之后就不能正常工作，而晶閘管則不存在此問題，同時(shí)可以縮短切換時(shí)間。二是建議在較好的電力環(huán)境下使用，比如一級(jí)供電單位等。
降低輸入電流諧波，提高功率因數(shù)
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于電力線路呈現(xiàn)一定阻抗，等效為電阻、電感和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)。由于非線性負(fù)載產(chǎn)生的非正弦電流，造成電路中電流和電壓畸變，稱為諧波。諧波的危害包括：引起電氣組件附加損耗和發(fā)熱(如電容、變壓器、電機(jī)等);電氣組件溫度升高，效率低，加速絕緣老化，降低使用壽命;干擾設(shè)備正常工作;無功功率增加，電力設(shè)備有功容量降低(如變壓器、電纜、配電設(shè)備);供電效率低;出現(xiàn)諧振，特別是柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)更嚴(yán)重;空開跳閘、熔絲熔斷、設(shè)備無故損壞。UPS對(duì)電網(wǎng)而言是一個(gè)非線性負(fù)載，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波。以配置6脈沖整流器的UPS為例，其輸入功率因數(shù)一般為0.75左右，諧波大于30%。降低UPS32作諧波的