艾默生UPS电源

　　摘要：本文旨在阐述模块化UPS的发展趋势与前景，通过分析各类传统UPS 与模块化UPS的优劣势，帮助用户识别产品发展的趋势所在，论述了模块化UPS未来在IDC云计算数据机房的重要性，系统模块化将成为数据中心的“核心设计理念”。模块化UPS的发展积极响应国家“节能、绿色、环保”政策，致力于改善电网质量，减低对电网谐波的污染，提高电能的利用率，体现了对用户负责的态度和高度的社会责任感。 关键词：数据中心机房；模块化UPS ；谐波；效率；LBS

　　在数据中心产业蓬勃发展的浪潮中，依然存在着很多结构性问题：数据中心如何向云时代迈进、如何同互联网进行完美对接、如何进行节能减排技术创新、如何进行优化运维、如何增强持续运营能力、如何避免IDC产品服务同质化问题等。数据中心的管理者们正在重新审视数据中心的规划与建设，设计、管理、运营等问题，能耗挑战将贯穿于数据中心的整个生命周期。

　　由中国电源学会和中国电子节能技术协会联合主办的2014现代数据中心基础设施建设技术年会(第四届)对数据中心的前沿理论、技术进行了精辟、深入的交流与探讨，年会更加专注于中国的数据中心产业发展，围绕“智慧城市、信息消费、城镇化建设;绿色节能数据中心发展的三驾马车”的主题，涵盖了从配电、制冷、机柜系统以及集成、运维等数据中心各个领域.此次参会的技术专家、企业领袖、研究机构等各界人士的思想与言论精华，共同分析中国数据中心技术现状、透视中国数据中心技术发展的新趋势，并从信息化全局和提高社会生产力的战略高度研讨中国数据中心技术发展趋势，推动中国数据中心健康稳定发展。

　　早在2012年工信部发布的《工业节能”十二五”规划》就提出：到2015年，我国电子信息行业单位工业增加值能耗比2010年下降18%，要“重点推广绿色数据中心、绿色基站、绿色电源”，并且到2015年数据中心PUE值要比2011年下降8%。同年5月，工信部又发布《通信业“十二五”发展规划》，当中又提出“到2015年单位电信业务总量综合能耗比2010年下降10%”、“新建大型云计算数据中心的PUE值达到1.5以下”的进一步要求。由此可见，绿色、高效是数据机房未来演进和发展的主要方向。

　　信息化的发展使企业，政府信系统数据量与日俱增，企业也需要IDC机房助力云计算、大数据、移动互联网的发展，这推动了IDC机房的巨大发展和变革，设备的多样性，系统的高可靠性，使数据中心的“心脏”——使机房供电勉励越来越高的挑战。

　　在IDC机房中，传统动力系统一般包括：UPS设备和蓄电池系统、高低压配电系统、精密空调系统、应急发电系统、综合监控系统等子系统，各系统在实际运行中组成一个密不可分的综合整体，如何建设高效、安全、绿色、集成的IDC机房，成为业界标准的技术趋势。

　　易事特模块化UPS电源应用领域覆盖金融、通信、电力、医疗、轨道交通等行业；突破供电范围的技术堡垒 ，做到真正的宽电压输入，满足不同电网的供电要求；“模块化冗余并联”凸现价值，体现供电系统的“随需应变”，让用户随着业务的发展而实现“动态成长”。即满足了后期设备的所需扩展，又降低了用户的初期购置成本。未来，随着UPS系统设计理念的不断深化，模块化UPS必将引起不间断电源新的革命，进而成为未来UPS系统发展的优势。

　　机房电力系统中每一个环节都应具有可扩展性和可管理性；低压配电自动切换系统以及UPS冗余系统等，对于这些系统我们不仅要精心设计，还要精心施工和系统化测试。UPS电源系统是电子信息机房的重要组成部分，担负着保障机房服务器与电子通信设备供电的重要任务。

　　随着绿色节能数据中心的日渐深入人心，IT设备、供电(包括UPS、PDU、变压器等)、制冷是机房能耗的主要构成，据测算，UPS效率每提升1%，全世界数据机房可节电3亿度，是机房节能不可忽视的一环。用户需求是市场发展的“指南针”，用户以及市场的成熟使“模块化”UPS产品将成为主导未来市场的中坚核心。

　　在中国，随着通信与网络应用的复杂性、精密性与综合性日益增加，用户对高扩展冗余、持续可靠、纯净电源的需求也随之俱增，这是传统电源系统所不能提供的。

　　传统的UPS产品需求大户如电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了较大幅度的滑落。有专业机构做出的调查表明，由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少，加上这两个行业的ＵＰＳ保有率较高，因此其ＵＰＳ需求不太可能出现大的增长，预计未来的市场份额将逐渐下降。相反，一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对ＵＰＳ的需求呈现出了快速增长的势头，特别是制造业中，中小企业的大规模崛起，更是成为了带动ＵＰＳ市场增长的新动力源泉。

　　易事特模块化UPS成功入围“国家广播电影电视总局”等各大行业，为纳入行业采购标准规范奠定重要的基石。

　　在行业用户的信息网络供电系统建设中，模块化UPS可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。此外，打破传统的“1+1”或“N+1”的冗余机制，实现“N+X”的故障冗余及升级扩容，也可以大大节约采购、安装及维护成本

　　模块化UPS最多可以增加到20个模块，单模块由20、25、50KVA模块组成。单机最大扩展到250KVA：单个模块功率25KVA，共10个；单机冗余并机达到1000KVA：单模块功率50KVA，共20个；

　　易事特绿色智能模块化UPS电源采用N＋m冗余并联技术是专门为了提高UPS的可靠性和热维修〔也称作热插拔和热更换（hotplugin）〕而采用的一种新技术。所谓N＋m冗余并联，是指在一个UPS单机内部，采用N＋m个相同的电源模块并联组成UPS整机。其中N代表向负载提供额定电流的模块个数，m代表冗余模块个数。m越大UPS的可靠性越高，但UPS的成本也越高。在正常运行时UPS由N＋m个模块并联向负载供电，每个模块平均负担1/(N＋m)的负载电流，当其中某一个或k个（k≤m）模块故障时，就自行退出供电，而由剩下的N＋（m－k）个模块继续向负载提供100％的电流，从而保证了USP的不间断供电。

　　传统工频机在满载状态下其效率仅能达到约90%，且此时其THDI通常达＞30%;如果需要为降低THDI而增加5、7次无源滤波器，而系统效率会低至90%以下。易事特采用的PFC整流技术与三电平控制技术相比12脉冲整流与二电平控制技术，脉动转矩减低，其输入谐波理论上≤5%，而实际易事特模块化UPS输入谐波电流＜1.9%（见图一）。

　　其独有的逆变拓扑“三电平控制技术”，能有效减低逆变IGBT的导通与关断的损耗，并通过优化母线电压调整参数和逻辑，超越传统UPS效率90%，其整机效率达到96%，排名领先行业（见图三）。由此并荣获得“中国节能产品认证证书”。

　　易事特模块化UPS其核心器件DSP芯片采用国际市场美国TI品牌，引进其最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片TMS320F2812。它具有它既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能；指令周期（150MHZ）达到6.67ns毫秒级的运算，确保UPS能快速准确的运算，达到切换时间0ms。

　　易事特模块化UPS实现的LBS功能系统，由两台独立的系统UPS1和UPS2通过LBS总线电缆相连，LBS总线电缆内包括一条CAN BUS和一条同步信号线。为了避免单点故障，监控采用冗余设计，一台UPS内有个监控模块。EA660III的LBS功能支持8个独立系统的负载同步（先实现两个系统的同步）。

　　模块UPS核心元件TMS320F2812内含128K×16位的片内Flash存储器，并可扩展多达1MB的外部储存器，结合外部硬件设计构成具有存储事件的黑匣子功能，在数据中心应用领域，遇不可抗力因素发生的电气故障，UPS黑匣子存储记录瞬态故障发生数据，为分析故障提供权威以及切实有效的数据。

　　用户需求是市场发展的“指南针”，用户以及市场的成熟使“模块化”UPS产品将成为主导未来市场的中坚核心。面临中国通信与网络应用的复杂性、精密性与综合性日益增加，用户对高扩展冗余、持续可靠、纯净电源的需求也随之俱增。引易事特绿色智能模块化UPS将再度为未来数据中心机房保驾护航，引领行业发展，满足市场需求。

　　国务院办公厅日前印发《关于2014-2015年节能减排低碳发展行动方案的通知》。方案要求，大力推进产业结构调整：加快建设节能减排降碳工程；狠抓重点领域节能降碳；强化技术支撑；进一步加强政策扶持；加强监测预警和监督检查；落实目标责任等。一系列政策促使企业融入国家号召—节能低耗。

　　淘宝、微商等大型电子商务购物模式的脱颖而出，使得传统的商务模式向电子商务加速转型，在以云计算为代表数据中心IDC创新的衬托下，IT设备供电可靠性、机房散热、温湿度、电磁场强度、噪音干扰、防雷、等电位接地、全面监控等，为数据机房构建者提出新的要求。

　　机房的建设是一个系统工程，机房的基础设施必须具备可靠的容错、多种备份路径，其中一个典型的数据中心至少由20个主要的子系统构成的总体。这些子系统按工程承包商分类为：电气工程、消防工程、土建工程、弱电工程、空调工程等多个专业于一体。见（图一）机房建设中不可或缺的还有丰富的工程施工和管理经验。

　　其中将各子系统再细化分类，由单独可用的子系统与其他系统之间无缝对接，构成数据机房基础设施建设。见（图二）其中供电系统成是基础设施最重要的子系统之一，结合数据机房设计规范，与电信、移动等行业巨头系统集采标准，数据机房对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全保安、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等。机房建设者需要转变传统IT机房架构，找到一种适合云计算、大数据时代全新的设计理念、高效低碳的构思、与全方位的交付模式。

　　易事特“外（内）冷池结构”的数据中心机房解决方案，是数据机房科研成果最好的见证，为满足不同高端数据中心各种气流组织而设计，针对现代数据中心局部负载过热问题，保证设备中心的可靠运行,实现端到端气流组织设计，以满足IT设备散热对冷空气风量的最大需求。具体做法是将服务器机柜面对面进行排列以形成通道，并在通道两端及顶部进行封闭设计，构成一个冷空气室，使IT设备散热所需的冷空气和排放的热空气完全隔离，阻止数据中心冷、热气流混合，以此提高制冷设备工作效率，解决了数据中心高密度IT设备局部过热问题，降低了PUE值，使数据中心达到绿色和节能的目的。

　　新一代数据机房对空间利用率会更高，逐步向仓储式发展，易事特数据中心预测5-10年之后机房扩展与冷却空间，最大限度考虑建设初期投资与规划，满足后续配套设施同步增长与各子系统：高频模块化UPS、行级列间空调，智能型精密配电等，均安全冗余设计。

　　而易事特新型模块化冷池数据中心解决方案运行原理：是将两排面对面排列的机柜中间的冷通道安装活动墙隔板使其完全封闭，构成一个冷空气室，使95%左右的冷风可以直接送到冷空气室内而进入服务器设备，经过冷热交换后的热风排到机房，再回到空调机组。

　　这种热风与冷风路径分别，不仅能有效防止了冷、热气流短路、混合，提高空调系统的风量利用率和冷风利用率，还能更好地集中冷量对数据中心的设备功率进行针对性供冷调节，解决数据中心设备局部过热，过冷的问题。有效降低机房能源消耗率PUE数值，提高数据中心的IT设备的容积率，满足IT设备散热对冷空气风量的最大需求，使数据中心达到绿色和节能的目的。（见下图）新型模块化冷池数据中心。

　　下图为传统机房与采用冷池系统的CFD热模型对比效果图，易事特冷池解决方案独有的“精确送风系统”把冷热区分开，普通冷池相较行间精确送风控制冷池还存在较多不足。

　　4、即便设有监测控制装置冷池，多数还是以冷池内的温湿度为控制依据进行控制，不能如实的反映组成冷池的机柜实时工作状况。

　　机房监控系统是针对中小机房典型应用场景的新一代数据机房一体化集中监控系统。整个监控系统包括三大部分:软件应用、集中监控和传感器设备，它可以集中监控和管理机房的配电设备、UPS、空调、智能门禁、视频监控等智能设备的运行状态以及温度、湿度、烟雾、水浸、红外、门磁等环境量和开关量信号采集，同时也可以通过定制协议开发接入第三方智能设备。摘自《E机房事业部集中监控系统》

　　该系统可以满足网络接入间、中小型数据机房及分布式数据中心等多种客户应用场景的需求，为客户提供灵活多样的一体化机房监控解决方案，如下集中监控系统案例。

　　海量异构数据迸发处理难、能耗增长成本，设计构建“高效低碳绿色数据中心”实现“节能减排低碳目标”等一系列节能措施已纳入国家“十二五”规划，并且积极推进市场化节能减排机制：实施能效领跑者制度。定期公布能源利用效率最高的空调、冰箱等量大面广终端用能产品目录，单位产品能耗最低的乙烯、粗钢、电解铝、平板玻璃等高耗能产品生产企业名单，以及能源利用效率最高的机关、学校、医院等公共机构名单，对能效领跑者给予政策扶持，引导生产、购买、使用高效节能产品。适时将能效领跑者指标纳入强制性国家标准。