數(shù)據(jù)中心UPS供配電理念的轉(zhuǎn)變

　　Active Power提供飛輪UPS即采用在線互動(dòng)式設(shè)計(jì)，可以達(dá)到與在線雙變換式UPS相同的電力輸出質(zhì)量，主要是采用了高速微處理器，可以在一個(gè)20ms周波內(nèi)對(duì)市電采樣400次，快速對(duì)電源的瞬態(tài)問(wèn)題作出響應(yīng)。而飛輪儲(chǔ)能裝置對(duì)負(fù)載的輸入電路設(shè)計(jì)幾乎和在線雙變換式UPS相同。除了通過(guò)UPS架構(gòu)對(duì)電能節(jié)省外，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)相比蓄電池對(duì)環(huán)境條件(溫/濕度)要求更低，另外，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)占地面積只有蓄電池1/4，大大降低了對(duì)制冷量和制冷空間的要求，從而進(jìn)一步節(jié)省電能。以一個(gè)15000平方英尺的數(shù)據(jù)中心為例，按每平方英尺的IT設(shè)備運(yùn)行功率為50W計(jì)算，每年需要消耗電能6.9 兆瓦時(shí)(MWh)。如果UPS電源系統(tǒng)在效率上提高5%，每年可降低384,000 千瓦時(shí)(kWh)的電能消耗，或大約節(jié)省3.8萬(wàn)美元的電費(fèi)開(kāi)支(按0.10美元/千瓦時(shí)計(jì)算)，另外還可大量減少在冷卻負(fù)載方面的節(jié)省。

　　至于，對(duì)于在線互動(dòng)式UPS最主要的質(zhì)疑即針對(duì)市電頻率波動(dòng)的處理能力，因?yàn)檩敵鲱l率是與市電同步，Active Power利用了同樣的微處理器解決這個(gè)問(wèn)題，只允許+/- 0.2% 市電頻率的漂移，當(dāng)市電超出這個(gè)范圍，將由飛輪進(jìn)行供電，這樣做的結(jié)果是有效保證了供電質(zhì)量。

　　更高的可靠性

　　數(shù)據(jù)信息的重要性的提升，使得數(shù)據(jù)中心的可靠性在政府和企業(yè)中的日益凸顯;雖然能效對(duì)于數(shù)據(jù)中心越來(lái)越重要，但運(yùn)維人員仍然對(duì)于任何可能引起宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)的改變都極其慎重;更多的關(guān)于數(shù)據(jù)中心供電可靠性的知識(shí)可以幫助運(yùn)維人員在提高數(shù)據(jù)中心供電效率的同時(shí)減少顧慮。

　　自從1996年，MTechnology 公司(MTech)一直采用風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)估法(PRA)這種科學(xué)的方法，對(duì)高效電力設(shè)備進(jìn)行評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)估法(PRA)是用于評(píng)估復(fù)雜系統(tǒng)可靠性和有效性的正式技術(shù)方法的集合。PRA技術(shù)通過(guò)綜合簡(jiǎn)單部件故障率的已知信息，利用正式的數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)可靠性作出令人信服的評(píng)估。對(duì)于大部分電氣、電子和機(jī)械部件來(lái)說(shuō)，都有其可供參考的故障率數(shù)據(jù)。PRA的計(jì)算方法參考這些數(shù)據(jù)，并考慮到各部件在特定系統(tǒng)中相互作用的因素，利用專(zhuān)業(yè)知識(shí)將他們?nèi)诤弦黄稹Ｋ�以，在系統(tǒng)組成以前，就能評(píng)估出復(fù)雜系統(tǒng)的故障率。

　　MTechnology 公司將停電分為兩類(lèi)：

　　超過(guò)10秒鐘的長(zhǎng)時(shí)間市電中斷：在這種情況下，通過(guò)命令自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，交流電源轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)，然后發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)生十秒鐘以上電力中斷的情況并不多見(jiàn)。事實(shí)上，根據(jù)美國(guó)電力研究所(EPRI)的評(píng)估結(jié)果顯示，用戶(hù)遭受電壓下跌的幾率要高出電力完全中斷幾率的十倍之多。在電力完全中斷的案例中，超過(guò)10秒鐘的情況不超過(guò)4%。

　　故障樹(shù)分析顯示，自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)故障是引起備用電源系統(tǒng)故障的最重要原因。使用中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)發(fā)生故障的次數(shù)大約占系統(tǒng)預(yù)期故障次數(shù)的95%。模型中使用了電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會(huì)黃金書(shū)(IEEE Gold Book)的數(shù)據(jù)，其故障率大約為每小時(shí)10-5，或超過(guò)100,000小時(shí)(11年以上)的故障平均間隔時(shí)間，這說(shuō)明整套機(jī)電部件在持續(xù)使用中性能良好。因?yàn)樽詣?dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)只是單點(diǎn)故障，所以它的故障率占據(jù)了大部分的系統(tǒng)故障，且自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)故障幾乎總會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。因?yàn)樽詣?dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)故障率、主開(kāi)關(guān)柜故障率和發(fā)電機(jī)故障率是系統(tǒng)的主要故障率。下圖為故障樹(shù)模型的Active Power飛輪UPS簡(jiǎn)化單線流程圖。

　　數(shù)據(jù)顯示：包含Active Power飛輪 UPS的系統(tǒng)幾乎不會(huì)發(fā)生故障。短時(shí)間電力中斷情況所作的模擬次數(shù)是長(zhǎng)時(shí)間電力中斷模擬次數(shù)的100多倍。增加短時(shí)間電力中斷故障率將對(duì)以上結(jié)果有重要影響。　

    小于10秒鐘的短暫市電中斷：這種情況下，在市電恢復(fù)前，UPS中儲(chǔ)存的能量足以支持負(fù)載正常運(yùn)行，所以就不必考慮將電源轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)上的問(wèn)題。在這種情況下，將會(huì)明顯顯現(xiàn)出兩套UPS系統(tǒng)核心可靠性的差別。

　　在短時(shí)間電力中斷的情況下，儲(chǔ)存的電能足可以維持任何電力干擾的通過(guò)時(shí)間。假定小于10秒的電壓下降和電力中斷情況占所有電壓下降和電力中斷情況96%，這個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)在決定單個(gè)UPS系統(tǒng)可靠性方面具有重要作用故障樹(shù)分析顯示，可檢測(cè)到的電池故障和檢測(cè)不到的電池故障占所有雙轉(zhuǎn)換蓄電池故障的90%。在良好的維護(hù)保養(yǎng)及有效測(cè)試情況下，能夠降低電池故障率，上述雙轉(zhuǎn)換蓄電池的理論故障率是在這個(gè)基礎(chǔ)上得出的。參考MTech研究結(jié)果，經(jīng)驗(yàn)告訴我們蓄電池在實(shí)際的使用中并不可能如同模型中預(yù)測(cè)的那樣可靠。雙轉(zhuǎn)換蓄電池UPS系統(tǒng)中，最有可能運(yùn)行失敗的模式是檢測(cè)不到的電池故障，檢測(cè)蓄電池單元是相當(dāng)困難的工作。即使使用最樂(lè)觀的假設(shè)，即使每月檢測(cè)雙轉(zhuǎn)換蓄電池且可檢測(cè)出大量蓄電池故障)，其對(duì)比結(jié)果仍是飛輪 UPS系統(tǒng)具有更高的可靠性。在實(shí)際使用中，大部分電池故障是檢測(cè)不到的，所以飛輪UPS更具優(yōu)點(diǎn)。有專(zhuān)家指出“UPS系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)故障的部分就是蓄電池。唯一確保蓄電池可靠工作的方式就是定期測(cè)試。蓄電池可能表面看起來(lái)很好，但實(shí)際是處于失效的邊緣。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用了幾乎10倍于實(shí)際需求的維護(hù)量。而‘過(guò)量維護(hù)’恰恰降低了系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)槿藶楦深A(yù)是所有因素中可靠性最低的。”