3 UPS的设计对可靠性和可用性的影响

　　UPS的可靠性和可用性取决于以下几种因素:

　　(1)多电力通路

　　后备式UPS一般有两个电力通路,由一个电力开关控制。这就意味着如果电力开关故障,会导致IT负载电源中断。互动式UPS有两个电力通路,但没有共用电源接口。如果电源接口出了故障,互动式UPS仍能在由电池供电模式上运行,其运行时间足够维持转换到发电机供电或有序地关闭所连接的设备。

　　双变换式UPS和多模式、高效双变换式UPS一般有两个电力通路(来自市电/发电机和电池)和一个电子式旁路,此旁路可绕过出故障的器件,或与机械式旁路同步,以进行有计划的维护。而先进的多模式UPS可以提供自动维护旁路,以确保在UPS维修期间进行不间断的转换。

　　(2)并机冗余

　　通过并机技术,部署多台UPS一起工作以提高可靠性和可用性。在并联配置中,多台UPS为一个共有的输出母线供电，母线再向IT负载供应电力。如果任何一台UPS出了故障，其它UPS会对负载供电。

　　由于采用并机冗余系统会增加成本,此功能仅用在要求可用性很高的高端UPS上,意即双变换式UPS和多模式UPS。

　　(3)平均修复时间(MTTR)短

　　平均故障间隔时间(MTBF)是一个偏重理论的数值,基于从器件额定值和实验室测试进行统计推断。实际上,平均修复时间(MTTR)更为重要。当UPS确实需要维修时,MTTR值很低的产品很快就可再投入使用,这比MTBF对总体可用性有更深刻的影响。

　　模块式设计和使用易于维修的器件系统设计UPS的MTTR更短,如热更换电池和电子模式。模块式系统制造成本较高,因此模块化一般保留给互动式UPS、双变换UPS和多模式双变换UPS。

　　虽然有些后备式UPS模块化设计有限(它们可以接受更换电池),但总的来说,后备式UPS应用在非关键负载中,更换UPS时成本不高。

　　(4)电池完好状态

　　UPS设计决定蓄电池的使用频度，使用频度又影响电池的运行时间和使用寿命。在双变换UPS和多模式高效双变换UPS设计中，电池损耗最低。此外,有些制造商使用多级充电技术，这种技术提供电池休眠时间，与传统涓流或浮充方法相比，可显著地延长电池寿命。这种先进的电池技术一般存在于互动式、双变换式和多模式双变换式UPS中。

　　4 UPS拓扑对能效的影响

　　UPS效率越高,运营数据中心所花的电费就越少。由于损失的电能大多数是以热能消耗掉的,UPS效率越高,消散这些热量所需的空调花费和其它冷却费用也越少。当数据中心基础设施的总体效率较高时,冷却费用可能只有驱动IT设备所需能量费用的50%。当能效差时,冷却数据中心所需的成本几乎和负载运行所需的一样多,因此,数据中心管理人员密切注意其供电系统的效率就不足为奇了。

　　所幸的是,在过去的三十多年间，技术的发展提高了UPS的效率。在20世纪80年代，大多数UPS的效率最高为75%～80%。支付1美元的电费只能得到价值75到80美分的可用电能。部分能量以热量的形式消耗掉，这又意味着付出更高的冷却成本。

　　到20世纪90年代,UPS的效率已经提高到了85%～90%。如今,UPS的效率提高到了94%。由于能源成本节节攀升的压力越来越大,目前,UPS效率提高到了97%或更高。最新一代UPS用多项节能技术改变了现状,在不影响可靠性的情况下将效率提高到接近99%,如图8所示。

　　(1)效率受UPS设计或运行模式的影响很大。单变换(后备式和互动式)UPS比双变换UPS能效更高,因为减少了电力从交流到直流再到交流的转换。新的多模式、高效双变换UPS的效率很高,是因为它们只在必要时才使用效率较低的双变换模式,其它时间都以节能的方式运行。

　　(2)效率也受UPS的规格影响。功率较大的UPS模块一般比功率较小的模块能效高,因为支持控制电子器件和辅助器件所需的电能在UPS系统总负载量中所占的比例更小。例如:一台给定设计的500kW的UPS模块一般比采用相同设计的5kW的UPS模块的效率高,如表1所示。

　　选择UPS时,只看它在满载时给出的峰值效率(也就是通常给出的效率数值)是不够的。由于许多IT负载使用双电源实现冗余,一般数据中心使UPS在50%以下的负载下工作,有时甚至在20%到40%负载下工作。

　　UPS在低负载下的效率显著降低，甚至大多数UPS在常见的低负载下效率也会明显下降。具有高级电源管理功能的多模式拓扑UPS正在改变这个趋势，在带载20%时，可达到95%以上的高效率。

UPS效率提高一点,其节约的成本是巨大的。设想一个典型的数据中心拥有1000台服务器,原有的UPS效率为86%,将那台UPS换成96%高效率运行的多模式UPS,将使此数据中心每年在能源成本上节约70,000美元以上(以每度电10美分计算)。较高效率的UPS在相同的电池容量下可以提供更长的电池运行时间,还可延长器件的使用寿命,提高数据中心的总体可靠性和性能。

　　5 结束语

　　以前用户通常的想法是:对于关键任务数据中心应用,UPS必须在双变换模式下运行。完全运行在双变换模式的UPS可将IT负载与输入电源的各种故障隔离，不会对内部电池造成太大的影响，而且可提供从电池模式到发电机运行之间的无缝来回转换，不会给负载的电力造成即使是短暂的中断。

　　但是,数据中心管理人员现在有了其它可行且性价比很高的新选择,即多模式、高效、双变换UPS,这种UPS有效地结合了单变换和双变换拓扑,形成极高的效率和双变换运行的高保护等级。

　　通过更有效地分配电力,用户可以降低电费和总体运营成本。

　　那么,到底哪种UPS拓扑最适合您的数据中心呢?如今,新技术的发展为您提供了专门为高效、高密度数据中心设计的多种有效新选择。（游米儿）(连载完)