近日，柴靜關(guān)于霧霾的調(diào)查視頻《穹頂之下》在各大新聞網(wǎng)站、視頻網(wǎng)站曝光，48小時(shí)播放量超2億，引爆了公共對(duì)治霾及環(huán)保的熱烈討論。污染物排量放大被曝出是主要原因。其中，日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣等帶來的污染物，是造成城市空氣污染的主要原因。唯有節(jié)能減排，方可“撥霾見日”。然而對(duì)抗霧霾不僅需要每個(gè)公民身體力行，更需要企業(yè)的積極參與及政府的大力引導(dǎo)。

在我國(guó)大力發(fā)展信息化建設(shè)的今天，數(shù)據(jù)中心成為城市能耗“大戶”，在全球IT總能耗中，數(shù)據(jù)中心就占到了40%。中國(guó)工信部在“十二五”規(guī)劃中也指出中國(guó)的數(shù)據(jù)中心碳排放在“十二五”五年期間里將增加一倍。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排不僅關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)乎社會(huì)效益。

PUE值數(shù)據(jù)中心能效風(fēng)向標(biāo)

能源使用效能值（PUE）是國(guó)際公認(rèn)的衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的一個(gè)重要指標(biāo)。據(jù)最新的報(bào)道，國(guó)外最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心的PUE值可以達(dá)到1.06，而我們國(guó)家IDC的PUE平均值則在2.5以上，這意味著IT設(shè)備每耗一度電，就有多達(dá)1.5度電被數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施所消耗，這一現(xiàn)象在中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心中更為嚴(yán)重，通常其PUE的測(cè)量值普遍在3左右。這表明有大量的電能被消耗在供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施上，而用于IT設(shè)備中的電能僅為總耗電的33%。

對(duì)于影響數(shù)據(jù)中心PUE值的供電、制冷兩大基礎(chǔ)設(shè)施而言，供電系統(tǒng)的能效是問題的根本，因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)的低效加劇了制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，雙倍地導(dǎo)致了PUE指標(biāo)的攀升。而數(shù)據(jù)中心所有營(yíng)運(yùn)負(fù)載幾乎都是通過UPS電源來供電的，因此如何進(jìn)一步挖掘UPS系統(tǒng)的工作效率，將是快速改善數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)乃至整個(gè)數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)的核心途徑。

改變UPS工作模式改善PUE值

當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房UPS系統(tǒng)的工作模式為雙變換在線工作模式，即通過“AC-DC和DC-AC的雙變換”給IT負(fù)載提供穩(wěn)定的凈化電源。但是在這一模式下，UPS的效率較低，通常滿載工作效率僅90~95%（視UPS結(jié)構(gòu)的不同），如果對(duì)于當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房普遍采用的2N電源系統(tǒng)架構(gòu)，其正常工作的最大負(fù)載率僅為40%左右，在這一負(fù)載率下，UPS的工作效率也相應(yīng)降低，通常約為85~88%左右，這導(dǎo)致了能源的極大浪費(fèi)并降低了整個(gè)數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)。

根據(jù)輸入市電的品質(zhì)，市電的電壓與頻率波動(dòng)，這一UPS系統(tǒng)的工作可分成下列三級(jí)：

第一級(jí)――綠色休眠在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動(dòng)較小時(shí)，UPS內(nèi)部的整流器、逆變器、充電器均處于在線休眠狀態(tài)，不僅基本不損耗電能，而且使主功率器件也處于電休眠狀態(tài)，提高了這些UPS內(nèi)部核心部件工作的可靠性并延長(zhǎng)其使用壽命。

第二級(jí)――雙變換在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動(dòng)超限時(shí)，UPS立刻轉(zhuǎn)切到整流、逆變的雙變換模式，此時(shí)UPS的 40%負(fù)載工作效率通常在85~94%左右,與目前數(shù)據(jù)機(jī)房UPS的工作模式完全相同。

第三級(jí)――電池放電逆變模式。當(dāng)市電的電壓與頻率超出了UPS整流輸入所允許的電壓與頻率范圍時(shí)，UPS將關(guān)斷整流器，進(jìn)入電池放電工作模式，此模式下UPS的滿載工作效率約為86～95%左右。

根據(jù)國(guó)內(nèi)典型的數(shù)據(jù)中心實(shí)際電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于進(jìn)行上述分級(jí)運(yùn)行的UPS系統(tǒng)，其一年的95%時(shí)間將運(yùn)行在休眠模式，小于5%的時(shí)間工作在雙變換模式，不到1%的時(shí)間工作在電池放電模式。如果以一個(gè)負(fù)載容量為5000kW的中等規(guī)模IDC機(jī)房采用老式12脈沖相控整流UPS為例，假設(shè)其40%負(fù)載率下的效率為達(dá)到了國(guó)家能效III級(jí)UPS標(biāo)準(zhǔn)的87%為計(jì)算依據(jù)，其每年的電費(fèi)節(jié)約將高達(dá)460多萬元。

與雙變換在線工作模式相反，綠色休眠在線模式的工作原理是在輸入市電品質(zhì)較好的情況下，將市電通過UPS旁路直接供電給數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載，而UPS內(nèi)部的逆變器處于在線備份狀態(tài)，從而使整個(gè)UPS系統(tǒng)的供電效率高達(dá)99%，而且這一休眠效率受UPS負(fù)載率的影響極小，即使帶載率在10%以下時(shí)，系統(tǒng)效率也可保持在高達(dá)98%左右，實(shí)現(xiàn)了“UPS基本不耗能”的節(jié)能降耗總目標(biāo)；同時(shí)通過微秒級(jí)的快速跟蹤及DSP技術(shù)，始終保持逆變器在線備份的電壓、頻率、相位參數(shù)完全與旁路輸入同步，保證了分級(jí)切換的“不間斷”。

由于IT負(fù)載電源自身的穩(wěn)壓功能以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS供電系統(tǒng)通常具有的較好電能品質(zhì)，在絕大部分市電品質(zhì)良好的工作時(shí)間內(nèi)繼續(xù)讓UPS工作在雙變換模式不僅是能源的無端浪費(fèi)，而且這一多余的重復(fù)變換還導(dǎo)致了UPS事故的高發(fā)和可靠性的大幅度下降，因此轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)技術(shù)觀念，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房廣泛采用UPS綠色休眠在線技術(shù)作為主要工作模式是大勢(shì)所趨。

綠色休眠在線模式UPS選型

綠色休眠在線模式對(duì)UPS的技術(shù)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，即分級(jí)轉(zhuǎn)換問題。傳統(tǒng)的“效率優(yōu)化”或“旁路優(yōu)先”技術(shù)一直無法解決“效率優(yōu)化了”但轉(zhuǎn)換時(shí)間太長(zhǎng)(超過8ms)，或轉(zhuǎn)換時(shí)間改進(jìn)了但“效率不夠優(yōu)化（僅96~97%”）的矛盾，由此導(dǎo)致了工作在這一模式的UPS工作可靠性和穩(wěn)定性不高，機(jī)房負(fù)載始終處在供電中斷風(fēng)險(xiǎn)的隱憂之中。

與傳統(tǒng)解決方案不同，全球領(lǐng)先的動(dòng)力管理公司伊頓采用專利的電力檢測(cè)技術(shù)和休眠控制技術(shù)，通過多DSP技術(shù)架構(gòu)并引入先進(jìn)的“云”計(jì)算技術(shù)理念，融合電力電子技術(shù)的最新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)效率、轉(zhuǎn)換時(shí)間及轉(zhuǎn)換安全性三者的有機(jī)統(tǒng)一，大幅度提高了UPS在休眠狀態(tài)及“休眠”到“喚醒”工作轉(zhuǎn)換過程中的節(jié)能效率，并確保了高可靠性。

以伊頓電力專家9395系列UPS（Power Xpert 9395）為例，分級(jí)切換時(shí)，UPS輸出三相電壓動(dòng)態(tài)偏離值遠(yuǎn)小于UPS標(biāo)準(zhǔn)CLASS 1及計(jì)算機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)ITIC曲線的輸入電源安全要求，表明其切換瞬間的電壓波動(dòng)完全優(yōu)于IT負(fù)載對(duì)輸入電壓波動(dòng)的容差；此外，三相電壓和單相電壓實(shí)際測(cè)量的波動(dòng)的切換時(shí)間為1.6ms，這一時(shí)間不僅遠(yuǎn)小于機(jī)房IT負(fù)載所要求的安全轉(zhuǎn)換間隙，還遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)中心機(jī)房常用的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS 所能達(dá)到的最快4～5ms的轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而確保了機(jī)房負(fù)載在轉(zhuǎn)換過程中的供電安全性。

這一在線休眠模式不僅能輕易地實(shí)現(xiàn)UPS單機(jī)的休眠，而且能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)并機(jī)系統(tǒng)的休眠，所以它非常適合擁有大容量UPS的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。在國(guó)外，這一技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，帶來了數(shù)據(jù)中心電源安全與節(jié)能和諧統(tǒng)一的革命性變革；在國(guó)內(nèi)最大的IC制造業(yè)，70多臺(tái)伊頓電力專家9395系列正成功地以在線休眠模式工作著。

結(jié)論

由于UPS技術(shù)的飛速進(jìn)步和多年的成功應(yīng)用，UPS綠色休眠在線技術(shù)在提高能效、保證輸出電能的切換穩(wěn)定性、切換快速性及切換的可靠性方面得到了可靠的技術(shù)保障和長(zhǎng)期的實(shí)踐驗(yàn)證，從而為綠色休眠技術(shù)在數(shù)據(jù)機(jī)房的廣泛應(yīng)用消除了不必要的技術(shù)顧慮。采用效率高達(dá)99%的綠色休眠技術(shù)UPS，可大幅度提高數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能降耗水平，從而提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房的PUE指標(biāo)踏上一個(gè)全新的臺(tái)階，因此它應(yīng)該成為當(dāng)今數(shù)據(jù)中心UPS電源必須的功能和首推的工作模式。