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机房UPS电源配备方案

      提及电源,大家并不陌生,比如笔记本电源(适配器)、手机电源(变压器)、万能快充等等,就在我们身边,且触手可及。而这些所谓电源均为我们的移动设备起到了降压、变压等安全保护作用。同理,UPS(Uninterruptible Power Supply)即不间断电源,作为保护性电源设备,在行业应用中起着举足轻重的作用。

      UPS是以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源,主要利用电池等储能装置在停电时为计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。而UPS基本功能有:

1、电网电压正常时,市电电压通过UPS稳压后供应给负载使用,性能好的UPS本身就是良好的交流稳压器,同时改善电源质量;同时它还对机内的电池进行充电,储存后备能量。

2、电网电压异常时(欠压、过压、掉电、干扰等)UPS的逆变器将电池的直流电能转换为交流电能维持对负载的供电。

3、 UPS在电网供电和电池供电之间自行切换,确保对负载的不间断供电。而且可以根据设备的精密程度来选择可承受的切换时间。

      企业IT建设者如何选择UPS设备、如何进行设备UPS配置,采用什么样的解决方案,成为CIO或CTO迫切解决的问题。在数据中心,电力消耗犹如一只隐而不见的老虎,在后台悄悄地消耗企业大量资金。怎样能高效地使用电力资源,同时响应国家环保、节能政策,使企业数据中心更环保、功耗更低?接下来,笔者就从以下几个方面进行说明!

1.相关因素及说明
选配UPS过程中考虑容量问题时,列举决定容量大小的相关因素,并具体说明各因素与容量的具体关系。确定UPS容量大小应参考因素主要有:实际负载容量、负载的类型、容量使用率、环境条件、UPS的类型及实际负载能力、潜在扩容需求等。实际应用中应考虑:
A、实际负载容量
这是决定UPS容量大小的最根本因素。UPS的输出能力必须达到或超过负载需要才能保证正常供电。实际应用中要考虑UPS是采用集中式供电还是分布式供电。采用集中式供电的负载总量应是将机房所有由UPS供电负载的功率累计。采用分布式供电的则根据每台UPS所带负载不同确定。
通常电气设备的负载容量称为视在功率,用S表示,单位VA。视在功率包含有功功率P(单位W)和无功功率Q(单位Var),其大小的关系是S2=P2+Q2。这里我们将有功功率与视在功率的比值称为功率因数,纯阻负载的功率因数为1,容性负载的功率因数一般在0.6~0.7。
B、负载的类型
如上所述,不同类型的负载其有功功率和无功功率的比例不同,但UPS需向负载同时提供足够的有功功率和无功功率,则实际输出能力受负载类型所限制。对于计算机类负载,UPS基本上可以输出额定的功率,如果负载是阻性或电感性的,则UPS的输出功率有所下降,需要加大UPS容量。例如功率因数为0.7的1KVAUPS,带计算机负载可以带满1KVA,带纯阻性负载最多只能带700VA(这时有功功率是700W),带电感性负载则更低。因此在计算负载容量时,对以W值表现功率的阻性、感性负载,应折算成VA值,一般地计算方法是:阻性负载的VA值=W值÷0.7;感性负载的VA值=W值÷0.3。
C、UPS容量使用率
由于计算机机房设备有各种开关电源类的非线性负载及各类打印机负载,这些负载冲击电流大,如果供电UPS容量过小,长期重载运行,容易出现波形失真,而且易造成输出末级功率器件过流,加上重载引起的发热量,对系统可靠性明显不利。对于大功率UPS,一般建议容量使用率控制在0.6~0.8。
当然UPS容量也不宜过大。UPS带很小的负载虽然有利于可靠性,但过度轻载运行,一则浪费了投资,二则在市电长时间停电时,电池一直小电流放电,容易发生深度放电引起损坏。
D、环境条件
UPS的工作温度一般应控制在0~40℃范围内。如果温度过高、通风条件不好,则不利于散热,应降额使用。另外海拔高度也有影响,海拔超过1000m后每升高1000m,UPS应降额5%使用。
E、UPS的类型及实际负载能力
不同类型的UPS其带载能力有所不同。工频机的输出能力较好,而高频机的实际带载能力只有工频机的0.9倍。另外一些厂商的产品,可能存在实际负载能力较标称容量低的现象,这是产品的可信性问题,用户在应用时不得不考虑这一因素。科华公司多年来一直保持良好的信誉,产品经过严格的测试和质量把关,用户完全可以放心。
F、设备的潜在扩容需求。
配置UPS容量应考虑设备今后扩容需要,留有一定余量,将来负载增加了,不至于再次购置UPS。另外,尽量选用具有并机功能的机型,必要时可通过UPS并机成倍扩大输出容量。同时,在配置UPS的输入输出配电柜时,应将线缆及空开留有一定余量,方便日后扩容。
2.对冗余的考虑
UPS选配时考虑容量冗余时应参考哪些因素,遵循哪些标准。
1)冲击性负载对UPS的影响
对于计算机等非线性负载,其电流波形是周期性的非正弦波,峰值与有效值之比(峰值因数)可达到2~2.5,具体一定的冲击性。通常UPS的峰值因数为3:1,适合电脑等非线性负载在正常工作时的峰值因数要求。但当负载量增多,电流波形不规律地叠加后,UPS等供电设备的电流容量还不足以满足负载的瞬间电流要求,会造成输出波形畸变。在这种情况下需要考虑增加供电设备的容量,从而提高电流提供能力。
另外计算机负载在开机时会产生超出平常多倍的大冲击电流,尤其是多台计算机同时开机的情况,通常超过UPS的峰值因数承受能力,因此在选择UPS容量时除了选择过载能力强的类型,还需要考虑负载波动及冲击余量,适当增大UPS容量以抵御负载的波动。
而对于某些特殊负载(如高速行打)而言,在起动或工作过程中会产生很强的冲击电流,负载容量瞬间升高数倍(有时高达6倍)。对于此种负载应在普通容量余量比例基础上进一步加大余量。正确的容量冗余对UPS的正常稳定工作及UPS的工作寿命影响很大,经常工作在满载或过载状态下的UPS系统故障的机会远远高于正确容量冗余的UPS电源。
2)系统扩容的需要
如果最初选择UPS没有考虑余量,则一旦设备增加,超出UPS的负荷能力,就必须重新购置一台新的UPS,不仅浪费了投资,而且可能受到场地摆放的限制、在布线安装工作方面也带来诸多不便。
所以在选择UPS时,需要考虑2~3年内扩容的可能性,适当增加UPS功率容量,毕竟单位KVA容量UPS的价格,随着UPS容量的增大而下降,增出容量的成本比单买同样容量的UPS要节省许多。另外,尽量选用具有并机功能的机型,必要时可通过UPS并机成倍扩大输出容量。同时,在配置UPS的输入输出配电柜时,应将线缆及空开留有一定余量,方便日后扩容。