如何應(yīng)對苛刻電力.doc

如何應(yīng)對苛刻電力 專訪電源學(xué)會專家王其英根據(jù)市場調(diào)研公司的一份報告顯示，隨著企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的不斷投入，去年帶來的IT市場投入達到了175.4億元人民幣，較前一年增長了17.8%?？芍獛睚嫶髷?shù)字的同時要面對的就是日益龐大的電力消耗。如何節(jié)能、降耗也是各大企業(yè)都無法避免的課題。國內(nèi)IT機房的大環(huán)境王老師去過的機房是相當多的，在他看來機房內(nèi)還是存在著很多的問題。像是目前亟待解決的節(jié)能降耗就是很重要的一點。據(jù)王老師所說，雖然現(xiàn)在都在講要降低PUE（PUE = 數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE是一個比率，基準是2以下，這個比值越小就表明能效水平越好），但是國內(nèi)大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心PUE值還是停留在二點幾甚至是三點幾，而不是像有些機房所謂的已經(jīng)達到了一點幾。當然由于國外已經(jīng)實現(xiàn)了很多先進的技術(shù)手段，像微軟、谷歌這些數(shù)據(jù)中心達到1.7這樣的水平都是很正常的。就這點來說，中國在節(jié)能技術(shù)這塊還是有很長的路要走，也有很多老技術(shù)必須革新才行。尤其是隨著大容量需求的增加，當前的數(shù)據(jù)中心普遍要面臨著高密度的問題。數(shù)據(jù)和設(shè)備集中化、對安全和穩(wěn)定性的要求也越來越高。在電力供應(yīng)方面，對于不斷增加的容量和負載，UPS更是要肩負重擔。對于目前的工頻機型UPS產(chǎn)品來說，王老師認為想真正提高機房節(jié)能是不太可能實現(xiàn)的。所以就UPS這塊來說，要想機房PUE上去，選擇UPS的觀念就一定要轉(zhuǎn)。像是現(xiàn)在做電源技術(shù)的三大：伊頓、施奈德、艾默生。他們所占的市場比例已經(jīng)達到了60%以上。無論是全球市場還是中國市場，伊頓、施耐德和艾默生都是毫無爭議的UPS領(lǐng)域的第一集團軍。他們也都已經(jīng)在或正在準備努力推出節(jié)能的高頻機型UPS產(chǎn)品。實現(xiàn)節(jié)能UPS的發(fā)展方向需要轉(zhuǎn)目前UPS的發(fā)展方向是高頻機型UPS替代工頻機型UPS，因為首先高頻機型UPS相比工頻機型UPS來講，不僅取消了笨重的變壓器，在效率方面也是提高了近5%?？墒菄鴥?nèi)的現(xiàn)狀就是還有些戶對高頻機不太信任，這一方面也是因為宣傳的緣故。造成了普遍用戶對高頻機的不信任。雖然工頻機型UPS使用的歷史比較長，但由于它固有的缺點想真正提高機房節(jié)能是不太可能實現(xiàn)的，如圖1所示。圖1 高頻機型UPS與工頻機型UPS的設(shè)備量比較圖從技術(shù)角度來看這兩個方面，工頻機型UPS一般在100kVA以上的輸入電路都采用了可控硅6脈沖整流，輸入功率因數(shù)不超過0.8，諧波電流有30%之大。如果前面接發(fā)電機，發(fā)電機的容量至少要3倍于UPS功率，如果是單相小功率UPS，發(fā)電機的容量至少要5倍于UPS功率。三相UPS為了提高輸入功率因數(shù)，或在前面加諧波濾波器，或做成12脈沖整流、24脈沖整流整流等，即在一個周期中有12個或24個整流電流脈沖。但同時也帶來了體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和價格上漲的問題。在用IGBT整流的高頻機UPS，在一個周期中有成百上千個整流電流脈沖，所以任何容量的高頻機UPS在前面不加任何濾波器的情況下，它的輸入功率因數(shù)都可做到0.99甚至以上，諧波電流小于5%，前置發(fā)電機的容量理論上和UPS功率相同，大大縮減了投資和占地面積等。而且工頻機型UPS的并聯(lián)由于是變壓器的并聯(lián)就成了生成環(huán)流的溫床。但高頻機型UPS由于沒有輸出變壓器，如圖2所示，其環(huán)流的路徑上障礙重重，不大的壓差早被沿路上的二極管攔截殆盡。所以就沒有環(huán)流。圖2 工頻機型UPS與高頻機型UPS的并濟環(huán)流比較在同樣指標下，比如要求輸入功率因數(shù)為0.95以上時，工頻機UPS就必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流，就是說前面要增加一個設(shè)備，再加上輸出變壓器，就比高頻機UPS多了兩個環(huán)節(jié)。由于此二者的影響，使得工頻機UPS的效率比高頻機UPS約低5%。在同樣是100kW的容量時工頻機型UPS每年要比高頻機型UPS多消耗5萬度電。這樣無論是從經(jīng)濟上還是節(jié)能上都具有很客觀的意義。當然這些方面王老師認為很多廠商也都是認同的，像是伊頓愛克賽和APC、三菱等公司做高頻機已經(jīng)十年以上的歷史，艾默生在自己研制的同時也收購了做高頻機的克勞瑞德。可以說目前的三大巨頭都在做高頻機，它的市場發(fā)展?jié)摿€是巨大的，所以對工頻機的市場必然會造成一定的影響與威脅。因此可以說高頻機UPS在性能上不但能完全替代工頻機UPS，而且還具有很多后者沒有的特點。分析選設(shè)備的兩大誤區(qū)說到了UPS產(chǎn)品的問題，可能有很多人就會關(guān)注到底要選擇什么樣的設(shè)備呢，王老師認為選設(shè)備不要進入兩個誤區(qū)。第一是越便宜越好?，F(xiàn)在國家普遍采用低價中標的方式，也就是說中標原因比例一般是商務(wù)比例占50%以上，技術(shù)比例占50%以下。技術(shù)比例的下降導(dǎo)致了很多故障的發(fā)生。因為價格便宜，產(chǎn)品跟不上的案例很多，這里有幾個案例就不提名字了。兩個項目都是因為價格原因，一個是前一天裝，第二天UPS就燒了，還有一個是剛用了一年就開始出現(xiàn)故障。雖然看起來是選擇同樣的東西，但是大家要明白就算同一個廠家，同一個指標的產(chǎn)品都未必一樣。我的意見是現(xiàn)在要選擇的話，UPS方面最好是選用高頻機。同樣是100千伏安的高頻機和工頻機，在同樣的指標下，高頻機每年要比工頻機節(jié)約5萬度電。但是這也有一方面的問題無法實現(xiàn)。舉個例子來說，一家銀行以前用的都是不節(jié)能的工頻機型UPS，預(yù)算費用相當大，現(xiàn)在要建新機房，做方案的時候想要用新的。但是他們卻不能這么做，因為沒有辦法解釋。以前為什么預(yù)算那么高，為什么不用節(jié)能省錢的呢，這就是一部分用戶的顧慮。第二個誤區(qū)是越貴越好。認為可靠性是用錢堆起來的。我能花的錢都花出去了，再不可靠就沒辦法了。像是我之前接觸的一個機房，面積500平以下的中小機房，在基礎(chǔ)設(shè)施這塊就投入了幾千萬，其實那些設(shè)備我們基本估算一下也就是幾百萬。而且，就配置來看，5個柜子就夠了，也只有萬分之一的故障率，但是卻用到了20個柜子，其故障率理論值就達到了萬分之十五，說難聽點就是花錢買故障。這就是設(shè)計上的問題，但是用戶在前期一定要考慮好。就選擇方面來講，目前伊頓、APC、MGE、克勞瑞德、日本的三菱，還有TMEC、GE等，都有單機容量超過400KVA的高頻UPS產(chǎn)品，用戶可選擇的范圍較大。對小型UPS的用戶來說，就算功率很小的UPS也要盡量選擇一個正規(guī)的購買渠道，應(yīng)當?shù)街膹S家或者知名的代理商購買，同時注意一般正規(guī)廠家都有防偽標簽。配電系統(tǒng)除了設(shè)備的選擇之外，線纜及元器件的選擇包括施工工藝都是確保安全的重要環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)在購買和施工時要嚴格把關(guān)，同時，必須在正式運行前進行加載測試，才能發(fā)現(xiàn)問題避免紕漏。十大人為因素造成的UPS故障當然也不是說設(shè)備選好了就一定會保證沒有任何問題，但是據(jù)統(tǒng)計，UPS產(chǎn)生故障的原因，人為因素就要占到70%。下面我們就來看一下王老師給我們統(tǒng)計的十大人為因素造成的UPS故障：1、疑惑故障。由于用戶或工作人員的誤解，雖然不是故障，但是按照故障的程序走，并且上報領(lǐng)導(dǎo)和召來廠家；2、知識故障。由于用戶或工作人員對UPS知識不了解，又缺乏實踐經(jīng)驗而導(dǎo)致的；3、操作故障。有些是無意識的操作，例如一個用戶打電話說有故障。工程師一來沒關(guān)閉逆變器就把旁路開關(guān)合上，導(dǎo)致機器損壞；4、維修故障。比如維修時的改錐打滑、用濕布擦電池等造成的故障；5、環(huán)境故障。例如北京的一家用戶，他們將UPS放在了廠房里，灰塵非常的多甚至包裹了電路板。這也會造成UPS的故障；6、經(jīng)驗故障。雖然經(jīng)驗是不可缺少的，但不能將一家廠商的UPS經(jīng)驗用在另外一家UPS的產(chǎn)品上；7、交接故障，像是某車站的一個售票處報UPS壞了，過去一看發(fā)現(xiàn)沒有電池柜。這個電池柜其實放在角落里了，但是沒有告訴下一班人。這類故障主要是由于管理人員的前后配合不好造成的；8、制度故障。像是某城市的一個機場UPS著火，我們過去檢修的時候，發(fā)現(xiàn)這臺UPS里有一只非常大的老鼠，里面有很多吃的。這類事件在某地的一個郵電局也發(fā)生過，就是因為制度不完善，工作人員在工作的環(huán)境下吃東西，弄的到處都是，引來耗子，從而導(dǎo)致了設(shè)備的故障；9、商務(wù)故障。由于機器購買時指標選的不對，再由于運輸途中或者機器安裝前，沒有按照順序檢查導(dǎo)致的商務(wù)方面的故障；10、延誤故障。雖然機器已經(jīng)預(yù)警，但由于值班員的疏忽而未及時發(fā)現(xiàn)與處理，由此而導(dǎo)致后來的故障；技術(shù)要過硬UPS技術(shù)不斷發(fā)展在以往的印象中，UPS的低可用性、低可靠性和”高能低效”為人們所詬病。然而，王老師提出：”對于UPS的選型目前正是新舊交替時代。以往UPS在工作中有幾個環(huán)節(jié)是耗能龐大的，而且對UPS的可靠性也有很大影響?，F(xiàn)在就有的高頻機型UPS就解決了這個問題，它的效率在半載的情況下就可以達到94%。但是值得注意的是，由于某些宣傳的誤導(dǎo)工頻機型UPS仍然受到一些用戶的歡迎。還有的用戶在標書中明確規(guī)定供應(yīng)商必須提供帶輸出變壓器的工頻機型UPS。就目前的技術(shù)來講，據(jù)說伊頓的技術(shù)領(lǐng)先5到10年，所以一般新產(chǎn)品推出后難以接受，幾年后就都轉(zhuǎn)到這個方向上來了?，F(xiàn)在的情況也是這樣，大家都朝著各方向上走了。做就UPS技術(shù)方面我講幾個做的非常好的方面吧：”第一是多個UPS并聯(lián)，增加可靠性。一種新型有線控制方法來實現(xiàn)單相數(shù)字模塊化UPS(不間斷電源)的并聯(lián)運行。各個并聯(lián)的UPS模塊完全相同，實現(xiàn)了真正的冗余。例如7臺400千伏安并聯(lián)，數(shù)據(jù)線并聯(lián)，并不是并起來就行，要負載均衡，均分就需要通訊、參數(shù)、電流、電壓、相位、內(nèi)阻、數(shù)據(jù)線插頭都要均衡。如果有一個參量變化，系統(tǒng)中UPS在出現(xiàn)一臺故障后，故障UPS自動退出，關(guān)閉輸出，由剩余的UPS承擔全部負載，并不會對負載設(shè)備供電造成影響，平均無故障間隔時間MTBF提高到單機的數(shù)倍倍。第二是無線并聯(lián)技術(shù)下垂法。也就是說兩臺UPS，在不使用通信線的情況下，就可調(diào)整到二者最穩(wěn)定輸出能量的狀態(tài)，以達到能量均分的目的。這種方法也被稱作”熱感應(yīng)法”。當幾臺并聯(lián)的UPS狀態(tài)被調(diào)整到最佳穩(wěn)定輸出狀態(tài)后，接下來的任務(wù)就是各自測量自己的輸出狀態(tài)，而不去理睬其它各臺的什么頻率、相位、電流和電壓。第三是加負載問題。伊頓已經(jīng)實現(xiàn)可與電網(wǎng)并聯(lián)的技術(shù)，即使在半載的情況下也具有94%的整機效率；擁有0.9的負載功率因數(shù)，專為現(xiàn)代IT負載設(shè)計，比傳統(tǒng)的0.8負載功率因數(shù)的UPS多帶20%負載，大大提高了系統(tǒng)的可用性，與同等容量的12脈沖或外加有源濾波器UPS相比（以300KVA為例），每年可省電費約9萬元。目前，伊頓已經(jīng)把這些技術(shù)產(chǎn)品真正的做到了用戶中去，UPS更新?lián)Q代在逐步提升。像是伊頓在不久前推出的DXRT系列UPS，采用的就是非常高端的電力保護技術(shù)，可以提高IT數(shù)據(jù)機房的系統(tǒng)效率和可靠性，保障信息安全。同時作為一款企業(yè)級在線式UPS可以滿足絕大多數(shù)企業(yè)級用戶的需求。也算是為應(yīng)對日益升級的IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展和更為嚴苛的IT電力保護需求做出了不小的貢獻。”新技術(shù)在機房內(nèi)的真正應(yīng)用及難點說了這么多機房的電力設(shè)施問題，我們也請王老師講了一下對目前一些新技術(shù)的看法，像是現(xiàn)在模塊化UPS、機房的新風(fēng)系統(tǒng)還有水冷系統(tǒng)等，是否看到應(yīng)用的例子及遇到的問題。據(jù)王老師講，目前水冷系統(tǒng)還用得不多，因為冷凍水水真也是個大問題，像是現(xiàn)在空氣制冷，排水都有紕漏，如要采用水冷系統(tǒng)，尚需考慮很多問題。像是中金數(shù)據(jù)經(jīng)理張松說過他們數(shù)據(jù)中心機房構(gòu)建是完全無水環(huán)境的，即便所用的水冷式空調(diào)系統(tǒng)，其水循環(huán)的部分全部隔離在機房之外，機房環(huán)境一滴水都沒有。這樣做的目的就是要保證機房環(huán)境的絕對安全。而新風(fēng)也有一些問題，雖然現(xiàn)在采用新風(fēng)的機房很多，但是新風(fēng)的來源、凈化以及新風(fēng)的量都是問題。同時在采用新風(fēng)的同時還要保證機房為正氣壓。這也與風(fēng)量有關(guān)。像是很多機房密封不好，這個量也就不好控制。漏氣可以朝外漏，不能朝里漏，因為機房很容易造成不是正氣壓，而是負氣壓。像是某核電站機房，到處漏風(fēng)，因為這個機房不是專門為數(shù)據(jù)中心蓋的，后期改造的機房還是有很多問題存在，而像中石油新建的信息大樓，因為是專為數(shù)據(jù)中心而建，所以它的密封各方面都比較好。而模塊化UPS不是把幾個小的UPS或者幾個小功率的UPS拼裝在一起就可以了，而是，它要實現(xiàn)這種在線的維護。即使帶電的情況下，也能夠很從容地插拔功率模塊、插拔電池，可以在帶電的情況下更換控制板。在數(shù)據(jù)中心里，根據(jù)木桶理論其可靠性要涉及到相應(yīng)的設(shè)備最短板，它的可用性決定了數(shù)據(jù)中心的可用性。模塊化可以提高故障修復(fù)時間，提高UPS的效率。同時，在整個數(shù)據(jù)中心里，制冷、配電、物理監(jiān)控、物理安全會出現(xiàn)問題。所以，數(shù)據(jù)中心的可用性還是得不到保障。在選購產(chǎn)品的時候，我們不要進入一個誤區(qū)。不要看這個設(shè)備是不是模塊化，應(yīng)該是看一個系統(tǒng)是不是能夠有機地結(jié)合在一起，提供更高的可用性。但就目前現(xiàn)象來看，模塊化UPS還是有很多優(yōu)點的，如果條件允許的話，我們還是比較推薦模塊化UPS的?！逼鋵嵒仡^看看回望這幾年供電系統(tǒng)市場及數(shù)據(jù)中心需求這塊分別呈現(xiàn)了不同的發(fā)展趨勢，對于用戶來說，由于信息量的增長速度遠遠超過了人們的預(yù)期。越來越多的行業(yè)都切身感受到了能源短缺、電