如何应对苛刻电力 专访电源学会专家王其英

    根据市场调研公司的一份报告显示，随着企业级数据中心的不断投入，去年带来的IT市场投入达到了175.4亿元人民币，较前一年增长了17.8%。可知带来庞大数字的同时要面对的就是日益庞大的电力消耗。如何节能、降耗也是各大企业都无法避免的课题。

    而作为信息化的基础电力保障设施，UPS系统对构建不间断安全供电平台的重要性日益突显。到底IT行业更需要发展什么样的UPS才能满足当前的需求。对于这些IT难题，我们非常高兴能采访到全国专业标准化技术委员会委员、中国电源学会专家委员会专家、中国计算机用户协会UPS分会专家组组长及机房设备应用分会专家王其英老师，就如何使IT基础设施更加节能高效，以及未来UPS行业的发展动态给我们分析一下。

中国电源学会理事、中国计算机用户协会UPS协会专家组组长王其英

    国内IT机房的大环境 

    其实小编在得到可以采访王其英老师的时候是颇为兴奋的，作为机房行业的权威专家，王老师一般是不怎么和媒体打交道的，大家最常见的就是在各种各样的技术专业书籍上都会印着”作者：王其英”这种字样。所以借着这样的机会，我们也希望能给大家解决更多的疑问吧。

    王老师去过的机房是相当多的，在他看来机房内还是存在着很多的问题。像是目前亟待解决的节能降耗就是很重要的一点。据王老师所说，虽然现在都在讲要降低PUE（PUE = 数据中心总设备能耗/IT设备能耗，PUE是一个比率，基准是2以下，这个比值越小就表明能效水平越好），但是国内大多数的数据中心PUE值还是停留在二点几甚至是三点几，而不是像有些机房所谓的已经达到了一点几。

    当然由于国外已经实现了很多先进的技术手段，像微软、谷歌这些数据中心达到1.7这样的水平都是很正常的。就这点来说，中国在节能技术这块还是有很长的路要走，也有很多老技术必须革新才行。尤其是随着大容量需求的增加，当前的数据中心普遍要面临着高密度的问题。数据和设备集中化、对安全和稳定性的要求也越来越高。在电力供应方面，对于不断增加的容量和负载，UPS更是要肩负重担。

    对于目前的工频机型UPS产品来说，王老师认为想真正提高机房节能是不太可能实现的。所以就UPS这块来说，要想机房PUE上去，选择UPS的观念就一定要转。

    像是现在做电源技术的三大：伊顿、施奈德、艾默生。他们所占的市场比例已经达到了60%以上。无论是全球市场还是中国市场，伊顿、施耐德和艾默生都是毫无争议的UPS领域的第一集团军。他们也都已经在或正在准备努力推出节能的高频机型UPS产品。

    实现节能 UPS的发展方向需要转

    目前UPS的发展方向是高频机型UPS替代工频机型UPS，因为首先高频机型UPS相比工频机型UPS来讲，不仅取消了笨重的变压器，在效率方面也是提高了近5%。可是国内的现状就是还有些户对高频机不太信任，这一方面也是因为宣传的缘故。造成了普遍用户对高频机的不信任。虽然工频机型UPS使用的历史比较长，但由于它固有的缺点想真正提高机房节能是不太可能实现的，如图1所示。

    从技术角度来看这两个方面，工频机型UPS一般在100kVA以上的输入电路都采用了可控硅6脉冲整流，输入功率因数不超过0.8，谐波电流有30%之大。如果前面接发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS功率，如果是单相小功率UPS，发电机的容量至少要5倍于UPS功率。三相UPS为了提高输入功率因数，或在前面加谐波滤波器，或做成12脉冲整流、24脉冲整流整流等，即在一个周期中有12个或24个整流电流脉冲。但同时也带来了体积庞大、结构复杂和价格上涨的问题。 在用IGBT整流的高频机UPS，在一个周期中有成百上千个整流电流脉冲，所以任何容量的高频机UPS在前面不加任何滤波器的情况下，它的输入功率因数都可做到0.99甚至以上，谐波电流小于5%，前置发电机的容量理论上和UPS功率相同，大大缩减了投资和占地面积等。而且工频机型UPS的并联由于是变压器的并联就成了生成环流的温床。但高频机型UPS由于没有输出变压器，如图2所示，其环流的路径上障碍重重，不大的压差早被沿路上的二极管拦截殆尽。所以就没有环流。

    在同样指标下，比如要求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机UPS多了两个环节。由于此二者的影响，使得工频机UPS的效率比高频机UPS约低5%。在同样是100kW的容量时工频机型UPS每年要比高频机型UPS多消耗5万度电。这样无论是从经济上还是节能上都具有很客观的意义。

    当然这些方面王老师认为很多厂商也都是认同的，像是伊顿爱克赛和APC、三菱等公司做高频机已经十年以上的历史，艾默生在自己研制的同时也收购了做高频机的克劳瑞德。可以说目前的三大巨头都在做高频机，它的市场发展潜力还是巨大的，所以对工频机的市场必然会造成一定的影响与威胁。因此可以说高频机UPS在性能上不但能完全替代工频机UPS，而且还具有很多后者没有的特点。

    分析选设备的两大误区

    说到了UPS产品的问题，可能有很多人就会关注到底要选择什么样的设备呢，王老师认为选设备不要进入两个误区。

    第一是越便宜越好。现在国家普遍采用低价中标的方式，也就是说中标原因比例一般是商务比例占50%以上，技术比例占50%以下。技术比例的下降导致了很多故障的发生。因为价格便宜，产品跟不上的案例很多，这里有几个案例就不提名字了。两个项目都是因为价格原因，一个是前一天装，第二天UPS就烧了，还有一个是刚用了一年就开始出现故障。

    虽然看起来是选择同样的东西，但是大家要明白就算同一个厂家，同一个指标的产品都未必一样。我的意见是现在要选择的话，UPS方面最好是选用高频机。同样是100千伏安的高频机和工频机，在同样的指标下，高频机每年要比工频机节约5万度电。但是这也有一方面的问题无法实现。举个例子来说，一家银行以前用的都是不节能的工频机型UPS，预算费用相当大，现在要建新机房，做方案的时候想要用新的。但是他们却不能这么做，因为没有办法解释。以前为什么预算那么高，为什么不用节能省钱的呢，这就是一部分用户的顾虑。

    第二个误区是越贵越好。认为可靠性是用钱堆起来的。我能花的钱都花出去了，再不可靠就没办法了。像是我之前接触的一个机房，面积500平以下的中小机房，在基础设施这块就投入了几千万，其实那些设备我们基本估算一下也就是几百万。而且，就配置来看，5个柜子就够了，也只有万分之一的故障率，但是却用到了20个柜子，其故障率理论值就达到了万分之十五，说难听点就是花钱买故障。这就是设计上的问题，但是用户在前期一定要考虑好。

    就选择方面来讲，目前伊顿、APC、MGE、克劳瑞德、日本的三菱，还有TMEC、GE等，都有单机容量超过400KVA的高频UPS产品，用户可选择的范围较大。

    对小型UPS的用户来说，就算功率很小的UPS也要尽量选择一个正规的购买渠道，应当到知名的厂家或者知名的代理商购买，同时注意一般正规厂家都有防伪标签。

    配电系统除了设备的选择之外，线缆及元器件的选择包括施工工艺都是确保安全的重要环节。这些环节在购买和施工时要严格把关，同时，必须在正式运行前进行加载测试，才能发现问题避免纰漏。

    十大人为因素造成的UPS故障

    当然也不是说设备选好了就一定会保证没有任何问题，但是据统计，UPS产生故障的原因，人为因素就要占到70%。下面我们就来看一下王老师给我们统计的十大人为因素造成的UPS故障：

    1、疑惑故障。由于用户或工作人员的误解，虽然不是故障，但是按照故障的程序走，并且上报领导和召来厂家；

    2、知识故障。由于用户或工作人员对UPS知识不了解，又缺乏实践经验而导致的；

    3、操作故障。有些是无意识的操作，例如一个用户打电话说有故障。工程师一来没关闭逆变器就把旁路开关合上，导致机器损坏；

    4、维修故障。比如维修时的改锥打滑、用湿布擦电池等造成的故障；

    5、环境故障。例如北京的一家用户，他们将UPS放在了厂房里，灰尘非常的多甚至包裹了电路板。这也会造成UPS的故障；

    6、经验故障。虽然经验是不可缺少的，但不能将一家厂商的UPS经验用在另外一家UPS的产品上；

    7、交接故障，像是某车站的一个售票处报UPS坏了，过去一看发现没有电池柜。这个电池柜其实放在角落里了，但是没有告诉下一班人。这类故障主要是由于管理人员的前后配合不好造成的；

    8、制度故障。像是某城市的一个机场UPS着火，我们过去检修的时候，发现这台UPS里有一只非常大的老鼠，里面有很多吃的。这类事件在某地的一个邮电局也发生过，就是因为制度不完善，工作人员在工作的环境下吃东西，弄的到处都是，引来耗子，从而导致了设备的故障；

    9、商务故障。由于机器购买时指标选的不对，再由于运输途中或者机器安装前，没有按照顺序检查导致的商务方面的故障；

    10、延误故障。虽然机器已经预警，但由于值班员的疏忽而未及时发现与处理，由此而导致后来的故障；

    技术要过硬 UPS技术不断发展

    在以往的印象中，UPS的低可用性、低可靠性和”高能低效”为人们所诟病。然而，王老师提出：”对于UPS的选型目前正是新旧交替时代。以往UPS在工作中有几个环节是耗能庞大的，而且对UPS的可靠性也有很大影响。现在就有的高频机型UPS就解决了这个问题，它的效率在半载的情况下就可以达到94%。但是值得注意的是，由于某些宣传的误导工频机型UPS仍然受到一些用户的欢迎。还有的用户在标书中明确规定供应商必须提供带输出变压器的工频机型UPS。

    就目前的技术来讲，据说伊顿的技术领先5到10年，所以一般新产品推出后难以接受，几年后就都转到这个方向上来了。现在的情况也是这样，大家都朝着各方向上走了。做就UPS技术方面我讲几个做的非常好的方面吧：

    第一是多个UPS并联，增加可靠性。一种新型有线控制方法来实现单相数字模块化UPS(不间断电源)的并联运行。各个并联的UPS模块完全相同，实现了真正的冗余。例如7台400千伏安并联，数据线并联，并不是并起来就行，要负载均衡，均分就需要通讯、参数、电流、电压、相位、内阻、数据线插头都要均衡。如果有一个参量变化，系统中UPS在出现一台故障后，故障UPS自动退出，关闭输出，由剩余的UPS承担全部负载，并不会对负载设备供电造成影响，平均无故障间隔时间MTBF提高到单机的数倍倍。

    第二是无线并联技术——下垂法。也就是说两台UPS，在不使用通信线的情况下，就可调整到二者最稳定输出能量的状态，以达到能量均分的目的。这种方法也被称作”热感应法”。当几台并联的UPS状态被调整到最佳稳定输出状态后，接下来的任务就是各自测量自己的输出状态，而不去理睬其它各台的什么频率、相位、电流和电压。

    第三是加负载问题。伊顿已经实现可与电网并联的技术，即使在半载的情况下也具有94%的整机效率；拥有0.9的负载功率因数，专为现代IT负载设计，比传统的0.8负载功率因数的UPS多带20%负载，大大提高了系统的可用性，与同等容量的12脉冲或外加有源滤波器UPS相比（以300KVA为例），每年可省电费约9万元。目前，伊顿已经把这些技术产品真正的做到了用户中去，UPS更新换代在逐步提升。

    像是伊顿在不久前推出的DXRT系列UPS，采用的就是非常高端的电力保护技术，可以提高IT数据机房的系统效率和可靠性，保障信息安全。同时作为一款企业级在线式UPS可以满足绝大多数企业级用户的需求。也算是为应对日益升级的IT产业发展和更为严苛的IT电力保护需求做出了不小的贡献。”

    新技术在机房内的真正应用及难点

    说了这么多机房的电力设施问题，我们也请王老师讲了一下对目前一些新技术的看法，像是现在模块化UPS、机房的新风系统还有水冷系统等，是否看到应用的例子及遇到的问题。

    据王老师讲，目前水冷系统还用得不多，因为冷冻水水真也是个大问题，像是现在空气制冷，排水都有纰漏，如要采用水冷系统，尚需考虑很多问题。像是中金数据经理张松说过他们数据中心机房构建是完全无水环境的，即便所用的水冷式空调系统，其水循环的部分全部隔离在机房之外，机房环境一滴水都没有。这样做的目的就是要保证机房环境的绝对安全。

    而新风也有一些问题，虽然现在采用新风的机房很多，但是新风的来源、净化以及新风的量都是问题。同时在采用新风的同时还要保证机房为正气压。这也与风量有关。像是很多机房密封不好，这个量也就不好控制。漏气可以朝外漏，不能朝里漏，因为机房很容易造成不是正气压，而是负气压。像是某核电站机房，到处漏风，因为这个机房不是专门为数据中心盖的，后期改造的机房还是有很多问题存在，而像中石油新建的信息大楼，因为是专为数据中心而建，所以它的密封各方面都比较好。

    而模块化UPS不是把几个小的UPS或者几个小功率的UPS拼装在一起就可以了，而是，它要实现这种在线的维护。即使带电的情况下，也能够很从容地插拔功率模块、插拔电池，可以在带电的情况下更换控制板。在数据中心里，根据木桶理论其可靠性要涉及到相应的设备最短板，它的可用性决定了数据中心的可用性。模块化可以提高故障修复时间，提高UPS的效率。

    同时，在整个数据中心里，制冷、配电、物理监控、物理安全会出现问题。所以，数据中心的可用性还是得不到保障。在选购产品的时候，我们不要进入一个误区。不要看这个设备是不是模块化，应该是看一个系统是不是能够有机地结合在一起，提供更高的可用性。但就目前现象来看，模块化UPS还是有很多优点的，如果条件允许的话，我们还是比较推荐模块化UPS的。”

    其实回头看看回望这几年供电系统市场及数据中心需求这块分别呈现了不同的发展趋势，对于用户来说，由于信息量的增长速度远远超过了人们的预期。越来越多的行业都切身感受到了能源短缺、电力供应不足、散热等引起的功耗、运营成本的攀升所需场地的增加等等因素对数据中心的影响日益扩大，人们开始关注下一代数据中心的规划。

    数据中心基础设施是信息系统持续运行的根本保障，信息系统安全可靠运行是业务持续运营的基础保障。绿色数据中心的建设是一个全面的、整体的过程，目前节能已成为一个全社会共同关注的问题这个大背景下，厂商们也推出了不少技术和产品可以帮助数据中心实现节能。

    可以说节能降耗是全球化的课题，也是各行业数据中心的主题，我们也希望通过王老师从行业的各个角度不同的看法能给用户及企业带来更好的启发。UPS及其相关领域厂商在绿色节能方面有更多更好的表现。■