1   国家图书馆的现状与业务发展

随着图书馆事业的发展,自动化、系统化、数字化、网络化已成为现代图书馆的主流,相应的机房数据中心建设正以前所未有的速度蓬勃发展。国家图书馆(以下简称国图)现有机房面积2400多平方米,共有服务器600多台,其中服务器机房分为三个区域:PC服务器区、小型机区和集群区机柜。服务器类型包括小型机、集群系统、刀片机及各类PC服务器,涵盖了各大主流厂商的品牌,如IBM、Sun、HP、DELL、曙光、联想等。而目前应用系统的数量有100多个,这些应用系统是国图重要基础业务、国家数字图书馆工程的主要支撑和实现平台,如图1所示。

图1  国家数字图书馆的主要业务支撑平台

国图主要应用系统注册用户多达1000多万,OPAC每天平均访问量约120万人次,网络发布资源总量达400多TB,涵盖了中文图书、博士论文、民国文献、音视频、数字方志、古籍特藏、甲骨实物与拓片、金石拓片、西夏文献、年画等。为了方便读者使用,系统实现了对各类资源的统一跨库检索,并提供关联检索、全文检索等功能。

目前国图数字资源总量达到800多TB,存域网系统分布于一期和二期机房:一期机房的存储,容量总共为32.5TB;二期机房内主要包含两组高端磁盘阵列、一组中端磁盘阵列、两台磁带库以及相关设备,磁盘阵列容量达930TB,磁带库容量达1240TB,如图2所示。存储架构、存储策略以及数据量目前在国内外图书馆领域处于较高水平。

图2  国家图书馆数字资源发展规划

2   UPS的选择

由于海量数据对安全性、电力供应稳定性的要求不断提高,UPS系统在电源供电质量和不间断性等方面的优势发挥得越来越明显。国图机房配备了7台总容量达1100kVA的UPS系统,如图3所示。为机房内所有机柜提供双路UPS供电,通过UPS系统为服务器与存储系统提供稳压的不间断电源。其能源消耗的增加和能源价格的上升,则是目前所有机房数据中心运营必须面临的挑战。国图每年仅电费就以千万计。作为数据中心的基础能源设施,UPS供电系统的正确选择,对构建一个绿色数据中心起着至关重要的作用。

图3  UPS设备图

而如何选择绿色、节能、环保的UPS系统,不同的品牌有各自的优势和特点,总体来说不外乎以下几个方面:

2.1   输入功率因数

输入功率因数是电力系统的一个重要的技术数据,是衡量电气设备利用率高低的一个指标。UPS输入功率因数的表达式为

可以看到,UPS输入功率因数是畸变因子和相移因子的乘积。因此,输入功率因数的改善往往与输入谐波畸变的治理同时进行。

(1)高输入功率因数意味着什么

UPS对于负载来说是电源设备,但对于电网侧来看,UPS又是电网的一个负载,其输入功率因数的高低会对上游变压器、柴油发电机、保护开关、输入电缆的选型造成直接影响。

表1为输入功率因数分别为0.8和0.95,效率同为94%的两台400kVA UPS,为同样320kW负载供电时的输入电流计算对比。

由表1对比结果可见:输入功率因数的提高,降低了供电线路中的电流,减小了供电系统中电气设备,如变压器、保护装置、导线等的容量,因此不但降低了系统的无功损耗,而且减少了设备的投资费用,节约了电力资源。

(2)影响UPS输入功率因数的主要因素

一台UPS的输入功率因数取决于其所采用的整流技术,不同的整流技术体现出不同的输入功率因数,而且其特性也不尽相同。

目前UPS的整流技术大体上可以分为两种:一种是IGBT高频整流,另一种是晶闸管工频整流。

IGBT整流通过高频调制可以准确跟踪输入电压、电流的波形和相位，因而具有非常好的输入特性。通常输入功率因数为0.99，输入电流谐波畸变(THDI)<3%，而且输入特性在各种工况下变化很小。

晶闸管整流属于工频整流,如6脉冲整流和12脉冲整流,其输入特性随着工况的不同会有较大的改变。主要的影响表现在两个方面:

①负载率对输入功率因数的影响
负载率越高输入功率因数越高。下面是一台6脉冲整流UPS和一台12脉冲整流UPS在不同负载率下的输入功率因数的比较,如表2、表3所示。

②电池回充对输入功率因数的影响

晶闸管整流时,输入功率因数的相移因子cosφ1与整流后的直流电压与输入交流电压的比值成正比。当直流母线电压较高时,UPS输入功率因数也比较高;当直流母线电压较低时,UPS输入功率因数就比较低。电池回充时,因放电后电池组端电压很低,UPS必须调低其直流母线的电压,以便将电池充电电流控制在允许的范围之内,其结果是致使UPS输入功率因数下降非常多。而电池回充时,UPS输入功率是负载功率和电池充电功率的总和,是UPS输入功率最大的时候。这将直接影响UPS上游配电设备的选型。

综上所述,考核一台UPS输入功率因数的优劣,应该关注两个方面:

常用负载率下的功率因数。从多年的运行情况看,UPS系统的负载率基本控制在60%,所以设备60%～80%负载率时的功率因数,比标称的100%负载率时的功率因数更具有参考价值;

如果UPS采用晶闸管整流,电池回充时的功率因数是上游变送电及保护设备的重要选型参数。（御风）