数据中心供电系统节能减排设计（二）

即使有了节能的设备，如果没有合理的连接和配置也不会得到高可靠性和节能效果。

一、不合理的连接和解决办法

误区1:某广电单位有12台60KVA由UPS及两路市电供电，市电1接到所有UPS输入整流器上，市电2接到所有UPS的Bypass，如图4-12所示。这种连接的想法是一主一备，整流器的市电1为主路，打旁路时Bypass就是备用的一路，这就符合了一主一备的要求，一路供电一路备用。

图4-12 两路市电都连接到UPS上

（1）误区所在。不知道这种接法不是一主一备，而是两路市电都同时用上了，失去了一主一备的初衷。原因是UPS输出电压的频率和相位一直在跟踪输入电压，但原设计不是直接跟踪整流器的输入电压，而是跟踪Bypass电压。这是因为原设计Bypass和整流器同时接在同一个电压上而不是分开。

（2）这种接法导致的负面作用。因为UPS输出电压在这里跟踪的是市电2，整流器输入的电压是市电1。原设计是：当Bypass电压故障时就代表整个输入市电故障，UPS马上转电池模式工作。但这种接法也会出现这种情况，Bypass电压故障（市电2）了，但市电1还在正常供电，这时是应该转电池模式还是不转？当然不能转，怎么办？供应商当场修改控制电路。但修改后由于好多问题没有考虑到，结果异常现象频频出现：一会状旁路Bypass，一会什么信号灯不正常闪动了，一会有警告等。搞得用户精神一直处于紧张之中。

另外，假如市电1故障，这时正常转电池模式。但当双路市电供电时，一般电池的后备时间都选在30min左右，电池放光了就要转到市电2供电。由于市电1是一个主路，由电缆和断路器构成，这两种东西不易出故障。一旦故障往往一两天甚至更长时间不能恢复。这期间负载一直由市电2供电，失去了稳压和滤波器保护的功能，因此陷负载与不安全用电之中，故障风险大增。

误区2:当双路供电时，如果由两台并联的UPS供电，有的就将两台UPS分别接到两路市电上，如图4-13所示。

图4-13两路市电带两台UPS并联情况

误区所在：首先不知道并联连接的UPS在转旁路时它们的旁路开关STS是同时开通的，再就是两路市电的两个变压器输出电压一般都不是相等。一旦UPS转旁路就会形成庞大的环流i3，如图4-13所示。如果两个变压器之间的压差比较大形成的环流就会将STS烧毁或电缆起火，这个隐患不得不考虑。

图4-14 双市电正确的连接

所以上述两种接线方法都不可取，还是应当采用图4-14的连接方法，使负载设备永远处于UPS的保护之下。系统可靠了才可以节能，否则频频故障就会造成人力、物力和财力的损失，也不会节能了。

二、不节能的配置和解决方案

有一种误解认为配置的设备越多系统越可靠。图4-15是某国际金融公司数据中心供配电系统的配置连接原理图。UPS1和UPS2都是100KVA的高频机模块化UPS，采用双路供电方式。设计者为了“隔离干扰”在UPS输出端配置了两台100KVA变压器。负载由双电源输入和单电源IT设备构成。为了一路供电故障时另一路仍能正常运行，所以又配置了两台100KVA容量的STS。

图4-15 某国际金融公司数据中心供配电系统配置连接原理图

如前所述，UPS所加的两台变压器不但“无的放矢”而且多了三个串联故障点（变压器控制柜输入输出断路器和变压器本身）和耗电负载STS也是三个串联故障点（STS输入输出断路器和STS本身），这样就多了六个故障点和四台耗电设备，实际上，稍加改变即可以获得更好的效果[见图4-15（b）]。这里首先取消了两台串联变压器，为了达到上述一路供电故障时另一路仍能正常运行的目的，采用了一个互联开关，这一个改变带来的好处是：

（1）设备量显著减少了，节约了投资。如图4-15（c）所示，原来STS1和STS2共用了24只晶闸管，而互联开关只用了同容量的6只晶闸管，减少了18只。

（2）减少了功耗。无论两台UPS出于什么状态，STS1和STS2每一路设备都一直有6只晶闸管导通，共12只晶闸管导通，导通就有功耗。而互联开关在两台UPS正常运行时是开路的，不导通，所以没功率损耗。而这种状态是长期的，所以节能也是长期的。互联开关只有在一台UPS故障时才导通，将两台UPS并联，使得后面所有负载设备不间断运行，达到了和图4-15（a）同样的效果。

三、不可靠的配置和解决方案

这里是以可靠性为前提的配置，实际上也和节能联系在一起。如图4-16（a）所示为某空管局原来的配置方案示意图。UPS为两台630KVA容量的设备。设计者没有将两台UPS并联使用，而是用双路供电的方式，对单电源设备经STS供电。设计者给配置了10台STS，图4-16（a）所示。问题是每台STS价格50万元（RMB），用户无法承受，最后通过采用图4-16（b）的方法得到了解决。

图4-16 不可靠的配置及解决方案

（1）设备量减少了，节约了投资。原来的方案单电源的数量并不多，但采用的STS容量却是UPS容量的十分之一，这是非常不合理的；采用图4-16（b）所示的方案后，将大功率STS改用了小功率（5KVA）产品，投资由500万元人民币缩减到不足20万。

（2）提高了可靠性。原来的方案中每一台STS要为一组设备供电，一旦这台STS故障，这一组设备全部停机；而图4-16（b）所示的方案是每一台小STS只对应一台IT设备，及时这台STS故障了，影响的就一台设备，无关大局。

（3）降低了功耗。从原来的方案中可以看出，无论两台UPS处于什么状态，都同时有60只晶闸管导通，导通就有压降，有压降就有功耗，这种长年累月的功耗将是惊人的。而图4-16（b）所以方案中的执行器件是继电器，而继电器触点闭合时的压降为零，所以没有功率损耗，将原来的大量功耗减到零，肯定节能了。

（4）减少了占地面积。将原来的STS机柜设备改用了高度为IU的机架式结构，可以直接插到标准机架上，省去了原来大功率STS设备的占地面积。

四、在满足要求的前提下简化系统

在满足供电要求的前提下系统越简单越好，因为设备越多必然伴随着功耗增多、温度升高会降低可靠性。根据阿累纽斯定律，温度每升高10℃，电子设备（包括电池）的寿命减半，如按照25℃设计为10年寿命的电子设备，在35℃时寿命缩短为5年，在45℃时寿命缩短为2.5年，在55℃时寿命缩短为1.25年。

1、双总线供电系统的负面影响

任何事物都有它的两面性，双总线供电系统也不例外。为了提高用电的可靠性，厂家大都把服务器等设备配置了双电源输入口。这样一来供电系统也就出现了双总线供电方式，就以此为例看一下能量的利用情况。图4-17（b）所示是100KVA的负载用三台60KVA的UPS并联成2+1的方式供电，每台UPS带载率约为55%（33KVA），设机器本身的功耗为10%（6KW），粗算，为了有一个大概的印象这里将KVA都算成KW，功率为η1就是:

图4-17 两种供电方式的结构原理图

若双总线供电，如图4-16（b）所示，此时每台UPS带载率约为27.5%（16.5KW），此时的效率是多少呢？60KVA的27.5%为16.5KW，此时机器的总效率η2为:

效率降低了11%。尽管如此，看来效率还不错。但是由于UPS带载率的降低导致UPS的输入功率因数也降低了。编者在上海环球金融中心某外国银行验收时，某公司100KVA高频机UPS的带载率约20%，但机器的输入功率因数低到了0.65。

2、双总线供电的更好场合

当可靠性与容量出现矛盾时，在权衡利弊的情况下可酌情采用双总线（强制性要求除外），举例如下。

可满足了要求，但容量却不够了，只有2400KVA。如果此时的真实负载小于此值，以后又没有增容计划，这种结构是可以的。但2400KVA是强制性要求，就只好用2组7+1作双总线连接。但此若要再用大功率STS切换，可靠性就又不够了，因又多了一个串联环节，即多了一个故障点。

从上述可以看出，双总线有它的有点（供电可靠性提高了），其负面影响也随之而来（效率降低、输入功率因数降低、花费增加一倍多、占地面积和自重也增加到原来的2倍多，1.5的PUE也难以达到了，尤其是再用工频机UPS那就更困难了）。

来源：《云机房供配电系统 规划 设计与运维》