数据中心UPS运维手册.pdf

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1、数据中心 UPS 运维手册数据中心 UPS运维手册Page 2 of 27 数据中心 UPS运维手册数据中心处理重要的信息，这些信息对于公司和机构的运营是至关重要的。因此，数据中心的电力需求必须满足每周7 天 24 小时，但是这还不能完全保证需求，即使是最好的支持电源。因此，必须安装UPS不间断电源，以确保持续的电力供应。但是，不同的数据中心对 UPS的要求也有所不同。如何为数据中心选择合适的UPS系统？如何确定UPS的规格？模块化UPS与集中 UPS有何区别？模块化UPS有何优势？如何在UPS维修期内保证设备的正常运行这都是数据中心经理们遇到的普遍问题，本手册将对这些问题一一进行解答。数据中

2、心 UPS 的选择电源基础设施对于数据中心设备是否能正常运行至关重要。可供选择的UPS 配置有很多种，每一种都有优势，也有不足之处。只有充分了解了公司的可用性要求、风险承受能力和预算范围之后，才能选择合适的设计方案。数据中心 UPS系统的选择与规模确定如何选择合适的UPS系统配置模块化 UPS与集中 UPS的区别与优势很多年来，传统的数据中心UPS系统都会使用某种双转换设计模式，先选择交流电源（AC），将其转换为直流（DC）给蓄电池充电，然后再将其转换回交流。近些年来，企业已经趋向于选用更小的模块（10 kVA50 kVA）来构建更大规模的UPS系统。而大家都知道，在工程领域优缺点总是共存的。

3、数据中心 UPS运维手册Page 3 of 27 模块化 UPS和集中 UPS有何区别？详解第二代模块化UPS六大优势高频机 UPS与工频机 UPS的区别数据中心 UPS 系统的运维你需要创建一个全新UPS（不间断电源）单元的时候，你是不是感觉到很难确定其规格？在 UPS维修期内，企业一般都会利用移动电源为各类客户提供服务。通常来讲，这些设备都表现得不错，而且易于管理。但是，这并不能得到完全的保障。那么如何在UPS维修期内维持设备的正常运行？如何确定全新UPS（不间断电源）单元的规格如何在 UPS维修期内维持设备的正常运行？如何使用 UPS负载总线同步控制器？数据中心 UPS运维手册Page

4、4 of 27 数据中心UPS系统的选择与规模确定数据中心处理重要的信息，这些信息对于公司和机构的运营是至关重要的。因此，数据中心的电力需求必须满足每周7 天 24 小时，但是这还不能完全保证需求，即使是最好的支持电源。因此，必须有一些防备措施，以便在紧急情况下，整个数据中心电力不会出现问题。因此，必须安装UPS 不间断电源，以确保持续的电力供应。当然UPS 的容量是有限的，尽管它适用于IT 基础设施，包括计算机系统、服务器、路由器等，但不能用于重型设备，如发动机和其它与冷却和空调需求相关的用具。很明显，如果数据中心运行，没有相对较长的一段时间的冷却，硬件很容易损坏，因为服务器的运行会产生巨大

5、的热量。因此，还必须安装一个紧急发电机，与UPS 并存。在本文中，我们将重点放在如何挑选UPS 和确定 UPS 的规模方面，以后再讨论应急发电机的问题。数据中心的经理在根据具体情况，决定UPS 的最佳解决方案时，有许多可用的选择。关于这一点，有几个因素需要考虑，我们将讨论其中的一些因素，这里并没有特定的顺序。UPS 的额定功率的单位是瓦或伏安。我想在此指出，纯粹从物理学角度看，两者之间没有区别，因为：功率=电压*电流，或P=VA，功率的单位是瓦，而电压和电流的单位分别是伏特和安培。然而，功率因数的存在使得所有的这些变得不同。功率因数指的是真正的功率与视在功率的比率。真正的功率用瓦表示，而视在功

6、率用伏安表示，它是用来确定UPS 规模的功率。因此，选择UPS 的规模时，将你计划用UPS 供电的所有设备的额定视在功率相加即可。简单的伏安代数总和让你得到UPS 最低的额定功率，但作为一项你应该去遵循的规则，至少要有20 额外的（或可能更高的）容量，以满足未来的扩展计划。上述方程和公式应该能够告诉你需要使用的UPS 的规模。还有其它一些事情，必须考虑到，如成本和生产厂商的声誉。另外，请查阅该厂商提供的保修和维修选择，便于在出现问题时，进行维修。数据中心 UPS运维手册Page 5 of 27 电池是UPS 系统的重要组成部分，因此你也应该考虑到电池是否作为标准供应的一部分，在UPS 包装中同

7、时提供，否则，你将不得不支付另外的费用。还要检查是哪种类型的电池，及它们的额定值，板块数量，维修的难易程度等等，因为这些因素会影响到电池的使用寿命。安装 UPS 必须考虑的另一点是一定要在电工专家的帮助下，安装UPS 系统，因为他们精通于 UPS 的安装，并能够确保UPS 工作正常。可能有必要进行一些电线重排，以适应系统。因此，必须与供应商讨论，将提供安装作为购买设备协议的一部分呢，还是分别购买。我已经提出了冷却问题，要考虑在没有提供必要的、由发电机支持的备份冷却系统时，由UPS支持的计算机运行时间的长度。除了计算机及相关设备所产生的热量，UPS本身也可能是一个热源及噪音源。因此，安装位置应该

8、选择适当，以便不增加热量的问题。如果不能选择发电机，UPS 的主要目的仅仅是提供很短时间的备用电源，这个很短的时间足以让数据中心的工作人员安全顺利地关闭计算机系统。当然，这可能不是一个令人非常满意的做法，但为了能够适当地降温，让计算机停机一些时间，这种做法还是可行的。因此，我们已经看到，在数据中心安装UPS 系统时，在决定UPS 的规模和类型时，有几个因素要考虑。最后，但并非最不重要的因素是，数据中心管理部门应根据用途，货比三家，比较和对比的各种可用的系统，包括系统的性能、成本、效率、售后服务和供货商的信誉。重要的是，选择UPS 系统时，要极其小心，虽然它可能提供给数据中心紧急供电的时间相对较

9、短，因为这可能会引发成功与失败之间的区别。如果计算机系统突然停顿，我们将失去宝贵的数据、资料和声誉，这就造成了失败。花时间来寻求最佳的解决方案是值得的努力，这会增加可靠性和减少停机情况的发生，这些对于数据中心行业来说，可能是非常重要和关键的。(作者：Danielle,Nelson Ruest译者：王霆来源：TechTarget 中国)数据中心 UPS运维手册Page 6 of 27 如何选择合适的UPS系统配置公司应当如何来选择最适合自己的配置方案呢？让我们重温一下在选取合适的配置时应当考虑的注意事项：停机成本/影响 公司每分钟的流动现金有多少？如果发生故障，系统需要多长时间才能恢复？可以将以

10、上问题的答案作为预算方案讨论的开篇。答案是10000000美元/分钟还是 1000000美元/小时，讨论方向自然不同。风险承受能力 遭遇过重大故障的公司的风险承受能力往往比那些未曾有过此种体验的公司要强。聪明的公司将会从同行业其他公司身上获取经验数据。公司的风险承受能力越弱，就越倾向于采用可靠性更高、故障恢复能力更强的方案。可用性要求 公司在一年之内能忍受多长时间的停机？如果回答是决不能停机，那么应在预算中选用高可用性的设计。不过，如果公司可以在每天晚上10点之后以及大多数周末停机，那么其UPS 配置选择并联冗余设计就差不多了。每个UPS 在某些方面都需要进行维护，而且UPS 系统确实会间歇性

11、地发生一些出人意料的故障。每年计划在维护方面所花的时间越少，系统需要的冗余设计组件就越多。负载类型（单电源负载与双电源负载）虽然双系统的设计概念在双电源设备出现之前便已产生，但双电源负载的确为这种利用冗余容量的设计方案提供了切实可行的实现机会。计算机制造商们在开始生产双电源负载之前，无疑会听取其客户的意见。数据中心内负载的特性会为设计者提供一些思路，不过其作用要远远低于上文所述的各种因素。预算 从任何方面而言，实现2（N+1）设计的成本都要比N（容量）设计、并联冗余设计甚至是分布式冗余设计的成本高得多。让我们以一家大型数据中心为例来看看成本的差距。若该数据中心采用2（N+1）设计，则可能需要3

12、0 个 800 kW的模块（每条并联总线5 个模块，共6 条并联总线）。对于同样的负载，如果采用分布式冗余设计，那么只需要18 个 800kW的模 块，显然成本要低得多。在为特定应用环境选择合适的UPS 系统设计配置方案时，可以将图7 所示的流程图作为一个切入点。对于没有或很少冗余组件的设计而言，必然存在停机时段以进行维护。数据中心 UPS运维手册Page 7 of 27 如果不允许停机，那么应当选择能进行同步维护的设计。只要依次回答流程图中提出的问题，便可顺利找到最合适的系统。电源基础设施对于数据中心设备是否能正常运行至关重要。可供选择的UPS 配置有很多种，每一种都有优势，也有不足之处。只

13、有充分了解了公司的可用性要求、风险承受能力和预算范围之后，才能选择合适的设计方案。如本文中所分析，为双电源负载直接供电的 2（N+1）结构可提供全面的冗余，并排除了单故障点，因此是可用性最高的一种配置。(作者：Chuck Goolsbee译者：王霆来源：TechTarget 中国)数据中心 UPS运维手册Page 8 of 27 模块化 UPS和集中 UPS有何区别？很多年来，传统的数据中心UPS 系统都会使用某种双转换设计模式，先选择交流电源（AC），将其转换为直流（DC）给蓄电池充电，然后再将其转换回交流。这些UPS系统要使用特大型的模块来提高系统性能或是实现（N+1）冗余。例如，你可以将

14、三台500 kVA的 UPS 最大功率控制在1000 kVA，这样的话，如果其中任何一个被关闭，总的设计性能依然不变。近些年来，企业已经趋向于选用更小的模块（10 kVA 50 kVA）来构建更大规模的UPS 系统。而大家都知道，在工程领域优缺点总是共存的。这种模块化设计的优点是可以按照业务需求来提高系统性能（假设规模不变）并降低维护成本。这些模块是支持热切换的，用户可以将其返还给厂家进行更换或维修。一般来讲，模块化系统会适当的增加一个模块来提升自己的性能，而不是仅仅局限于提供额定的性能，在尽可能比特大型系统少花钱的基础上使其天生具有“N+1”冗余的性能。在过去，模块化UPS 系统的潜在优势是

15、其高效性。当一套UPS 系统在接近其最大额定性能运行时，它的效率最高。随着负载水平的下降，效率也在下降。从表面上看好像没什么大的损失，但是如果你更多地关注一下能源浪费和能源成本问题的话，你就会发现这方面的损失在逐渐上涨，你会开始重点考虑这一问题。模块化UPS 系统可以并愿意被重新配置，因为这样可以使其更接近标准性能。传统的大型UPS 系统配置偏高，目的是为了应对未来的性能增长需求，因此它们经常都会在额定性能以下运行许多年的时间，甚至永远是这样。然而，性能冗余也就意味着降低效率。在“N+1”模块化系统中，通过仔细的能耗管理，可以将这种现象降到最低限度。然而，如果要进行“2N”冗余配置，不论哪种类

16、型，都需要对能耗进行管理，保证负载系统的性能不会低于其额定性能的50%。否则，如果负载配置系统出故障的话，该系统就会超负荷运转。这样做的结果是，每套在“2N”模式下运行的UPS 系统都不会超过其最高容量。此外，通过仔细的能耗管理，一套模块化UPS 可能会得到更为精密的配置，在这一点上甚至会超过规模更大、但容量固定的系统。从长远来看，可以达到节约能耗的目的。当然，在这种情况下，会出现很多“如果”、“可能”、“也许”的不确定因素。数据中心 UPS运维手册Page 9 of 27 模块化系统的缺点是要分情况的，取决于好几个因素。我们需要把较小的模块化系统安装成“列”，作为额外的机柜。这意味着对机房的

17、空间和承重要求要增加。具体的增加量则要取决于实际装配的机柜“列”数，以及其电路的布线模式。这样扩大规模可能会损失一定的经济利益，因为尽管说每套UPS 系统都会有额外的空间，但它并不一定愿意将其让给其它的设备。从某种程度上讲，我们可以通过将UPS模块迁移到适合其运行的地方来弥补这种损失，前提是楼内有充分的空间。但是，用80 kVA 的系统构建一个容量需求从不超过 30 kVA的列柜必然是不符合成本效益的。此外，数据中心内部使用的必须是阀控式铅酸蓄电池（VRLA）。如今在大多数UPS系统中都使用这种类型的蓄电池，但是它有一定的风险和使用寿命限制，随着时间的推移，这会导致设备更换费用的增加。如果你运

18、行的是一座大型的数据中心，而又钟爱于湿铅酸蓄电池的长期稳定性的话（除了其最初成本、构建和维护要求的严格性之外），将小型 UPS 系统布置在机柜行列中可能会不太实用。这是因为无论直流电的运送距离长短都需要大量的铜线，这会迅速增加系统的成本及空间需求。而如今，你可以安装大型的集中化系统，无论是以传统的模式还是以模块化的方式，同时也可以选择任何一种自己喜欢的电池类型。对于大多数模块化UPS 系统来说，在创建内置冗余容量时会遇到另外一个问题。如果系统框架是满载的（比如说在一个80 kVA 的框架上配置9 个 10 kVA 的模块），那就基本上没有问题。但是，如果系统框架没有满载，你就有责任去对能耗进行

19、管理。因为如果这样的话，至少总会有一个模块的容量未被使用。否则，你就会失去冗余的容量。关于模块化UPS 最大的争议是其可靠性。众所周知，无论是在任何系统中，部件越多，出故障的风险就越大。传统UPS 的支持者总是在申诉这一问题，但是，新兴模块化UPS 系统的厂商已经对专家在这方面的统计分析投入了很多的注意力，而且可以提供很多理论及实际数据来反驳传统的观点。事实上，如今的UPS 主流产品是非常可靠的。在对其进行选择时，你或许更应该权衡一下其它因素。无论是在相同的还是不同的数据中心，都可以混合使用不同类型的UPS。有些人将传统 UPS 作为其主要资源，而将规模更小的模块化UPS 系统作为补充，将其用

20、在最核心的硬件设备上，为其提供“2N”冗余容量，而并不增加企业的总成本。(作者：Robert Macfarlane译者：王霆来源：TechTarget 中国)数据中心 UPS运维手册Page 10 of 27 详解第二代模块化UPS六大优势不要认为所有模块化UPS 都一样，实际上模块化UPS 无论在结构上还是功能上，都有很大差别。按照电路结构，模块化UPS 可分为功率模块结构式和UPS 结构模块结构式。功率模块结构式也被称为第一代模块化结构，它的特点是功率模块和控制模块分离，任意一个模块不能单独供电，存在单点故障，可靠性不太高。被称为第二代模块化结构的UPS 结构模块结构式克服了第一代的缺点，

21、将整套UPS 做成一个模块，任何一个模块都可单独供电，所以它的可靠性远高于第一代。单个 UPS 模块能提供的电量从原来的1kVA发展到现在已经可以达到300kVA。这里的模块指的是一个机柜中有一个以上的模块。如果一个机柜中只有一个模块，属于单机范畴。模块化 UPS 不但具备单机UPS 的一些优点，而且还有很多独特的优点。具体来说，主要包括以下六个方面。节约资金几乎超过99%的模块化UPS 都是高频化结构。和传统的工频化结构的UPS 相比，在同等技术指标的情况下，模块化UPS 取消了谐波滤波器和输出变压器，因此效率要比单机 UPS 高出 5%以上。同样是100kVA的 UPS，高频模块化UPS

22、比传统的工频化结构 UPS 每年至少节约5 万度电。采用模块化结构UPS，持续运行的数据中心就可以边计划，边投资，边建设。这样用户可以更加合理地利用资金，缓解了一次性投资过高的压力。可靠性高单机 UPS 在组合完成后可靠性就不能再改变了。但模块化UPS 的可靠性会随着组合的变化而改变。假设一个单机UPS 和一个模块UPS 的可靠性r1=0.99，即故障率是1%，那么，一个100kVA的单机 UPS 可靠性就是0.99。而 120kVA的模块 UPS，如果每个模块是15kVA，就是 7+1的组合，这时的可靠性R7+1就是：数据中心 UPS运维手册Page 11 of 27 R7+1=1-(1-r

23、7)(1-r)=1-(1-0.997)(1-0.99)=0.999021 可见，这时模块化UPS 可靠性比单机时几乎提高了10 倍。如果采用 6+2组合，其可靠性R6+2就是：R6+2=1-(1-r6)(1-r)2=1-(1-0.941480)(1-0.99)2=0.9999941 此时可靠性比单机时几乎提高了100 倍。而且，随着负载的减小，可靠性还会增大。假如负载定位是100kVA，实际负载在90kVA以下时，就可以用6+2的组合，故障率比单机时降低100倍。如果实际负载低于 75kVA，就可以是5+3的组合，可算出故障率比单机时降低1000倍。这是单机UPS 无论如何都无法做到的。并联冗

24、余性好模块化UPS 在设计初期就充分考虑到了冗余性并进行了很好的规划，不论是从电路上，还是从结构上，都是作为一个整体来考虑的。这样，模块就既可以分开，又可以组合。比如说，山特Array模块化 UPS 能够提供无线并联功能。它的机架就是一个名副其实的架子，架子上没有任何电路，而且模块之间没有任何通信信号线相连，可靠性大大提高。一般来说，单机UPS 结构在并联板和各单机之间的通信需要通过信号线来连接。一旦信号线接触不良，并联就会失败。而且，不少UPS 单机电路是移植而来的，只是添加了并联功能，没有考虑到和以前的电路的冲突。正因为如此，单机UPS 在组合后正常运行时，还会因为有的单机同步失谐而停止工

25、作，埋下故障的隐患。动态扩展性好更换单机 UPS 时，尽管有手动旁路，由于需要更换的UPS 模块输出端仍和其他模块一起连在负载上，有电压存在，不能带电操作，因此就无法在线更换，供电的连续性无法数据中心 UPS运维手册Page 12 of 27 得到保证 除非在装机前预装了隔离开关，但是对大功率设备来说，这样做是很不经济的。但是，模块化UPS 可以在线热插拔和热更换，保证了供电的连续性。模块化UPS 还能延长供电电源的使用寿命。一般来说，用户希望数据中心的使用寿命越长越好，但设备的实际使用寿命却不尽如人意。通常，UPS 的使用寿命最多只有10年，因为机器中大量电解电容器的寿命很短，而且无法在线更

26、换。使用单机UPS 供电时，用户不得不先停机再更换部件，而且更换的周期比较长，少则数小时，多则数天。这样不利于设备寿命的延长。采用模块化结构后，一个模块就成了一台UPS。这样，在冗余的情况下，用户也可以进行热更换，即使是重达几百公斤的300kVA模块，也可以从机柜中取出来进行在线热拆卸。数据中心的连续供电问题解决后，其他问题就好办多了因为金属机架如果做得好，用几十年也不会坏。绿色环保环保就是没有污染。污染又分为自然环境的污染、电气环境的污染。模块化结构可以降低这两种污染。自然环境的污染主要包括声音污染和大气污染。由于模块化结构绝大多数都是高频化结构，工作频率都在20kHz以上，这超出了人的听觉

27、范围，所以这时UPS 不会像工频机那样，变压器和电抗器都发出令人心烦意乱的噪音，影响工作情绪。至于大气污染，值得一提的是，模块化UPS 都要符合 RoHS 指令。在降低电气环境的污染方面，高频化模块UPS 的输入功率因数都在0.99以上，这对电网而言几乎是线性负载，基本不破坏市电电网电压的正弦波形，谐波含量小于5%。因此，电网中由模块化UPS 引起的高次谐波干扰几乎不用考虑。而400kVA以下的单机工频 UPS 一般都是 6 脉冲整流，输入功率因数约为0.8，谐波含量达30%，5 次和 7 次谐波能量较大，会干扰用电设备。容易管理数据中心 UPS运维手册Page 13 of 27 模块化 UP

28、S 的易管理主要体现在以下几个方面。容易更换在模块化UPS 中，应用最多的是20kVA以下的模块。这种模块一般重量在 20kg左右，一个人就可以搬动。许多模块化机柜面板上的LCD 都有人性化的图示。如果某一模块出现故障，LCD上就会出现明确标志，值班人员只要根据机上标示就可以轻松更换模块。方便增容假设一个机房规划的IT 用电量是100kVA，但目前只有20kVA的负载。如果这时选择ARRAY 120kVA模块化 UPS，该 UPS 的模块单元是15kVA，就可先配置 2+1组合，尚有 5 个空位，以后可以根据IT 的增容情况来逐步增加电源模块。方便移动机房搬家是经常会发生的情况。单机UPS 由

29、于重量很大，又不可拆卸，搬运起来相当复杂和费力。而模块化UPS 改变了这种状况，让机房搬家变得更加容易。第二代模块化之间的区别即使都是第二代模块化UPS，它们之间也有质量和功能的差别，用户切不可只从价格上看问题。如今，不同模块化UPS 厂商采用的电路相差甚微，采用的元器件也是市场上常见的几个厂商的产品，而且，同等元器件的体积和重量差别也不会很大，因此，UPS 产品的单位体积重量也相差无几。所以，用户在选用模块化UPS时，如果产品的体积重量与常见产品相差甚远，就需要慎重考虑；如果价格相差甚远，也要认真考虑。有不少用户因为贪便宜，购买了不合格的模块化UPS 产品。设备在安装后，有冒烟的，有起火的，

30、还有爆炸的，甚至导致整个数据中心瘫痪。澄清对模块化的误解有人对模块化UPS 提出这样的疑问：原来一台UPS 只有一套电路，现在变成了数套电路，多一个环节就多一个故障点，所以模块化结构的可靠性不会很高。甚至有人认为，当模块数多于8 的时候，系统可靠性还不如单台UPS。多一个环节就多一个故障点是对串联环节而言的，比如一个串联环节构成的通路。路上的环节就好比阀门，水要经过阀门从A 流到 B。沿路的阀门一旦被卡死，水就流不过去数据中心 UPS运维手册Page 14 of 27 了，因此串联的阀门越多，故障出现的概率就越高。假设每个阀门平均每年卡死1 次，10 个阀门加起来一年就可能被卡死10 次。这就

31、是多一个环节就多一个故障点的道理。但是，如果通路上有了并联分支，通道就增多了。多一个并联阀门就多一条通路。所以说，模块化UPS 如果不冗余，并联是毫无意义的。N+X模块化 UPS 中的 X0 才有意义。明白了这一点，上面的问题就迎刃而解了。中国模块化UPS市场现状分析模块化 UPS 具有可用度高且容易生产、运输、安装、维护、扩容的特点，是UPS 未来的发展趋势。2008年，我国模块化占UPS 整体销售额为3.9 亿元，UPS 整体市场的13.5%；同比增长7.2%，比 UPS 整体市场增长率高出1.5 个百分点。但是，模块化UPS 还存在成本高、实际运行可靠性不如理论计算值高等问题，需要对其进

32、行深入研究，进一步提高其可靠性，降低用户的投资成本。当前，主流UPS 厂商都推出了自己的主力模块化UPS 产品，它们的可扩展功率段主要有 120kVA和 40 120kVA两个功率段。山特、伊顿、APC 等都有自己的主力模块化 UPS 产品，随着生产规模的逐步增大，其规模效应逐步显现，客户认可度逐步提升。尽管模块化UPS拥有很多优势，但是其技术难度大，厂商需要投入的研发成本很高。厂商为了收回投资，对模块化UPS 的定价普遍高于传统UPS。事实上，模块化UPS的材料成本比传统UPS 高不了多少。随着厂商对模块化UPS 的进一步投入和技术的进步，模块化UPS 的大规模生产将成为现实，其价格也将逐渐

33、下降。(作者：Danielle Ruest,Nelson Ruest译者：王霆来源：TechTarget 中国)数据中心 UPS运维手册Page 15 of 27 高频机 UPS与工频机UPS的区别技术总是在发展的，新技术代替旧技术是历史的发展规律。然而，新旧之间的替代与转换一般并不是那么顺利，人类社会是这样，自然、科技领域也是如此。现在的电子技术已进入数字化时代，这是不可逆转的技术发展规律，各行各业迟早都要集中到这一条路上来，但就某一个时期来说发展是不平衡的，这中间有很多因素的影响，比如各自的技术发展水平不同，人员对新技术的认识和接受能力不同等等。具体到UPS 领域又何尝不是如此。一、工频机

34、UPS 和高频 UPS 的一般概念静止变换式工频机结构UPS 技术出现在上个世纪70年代，毫无疑问在当时属尖端技术，几十年间也为电子电器技术领域作出了不朽的贡献，有口皆碑。一般说任何技术的先进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。随着IT技术的出现与发展，工频机UPS 组件暴露出它的缺点，比如体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素大大影响了数据中心的可靠性。在历史发展中总是遵循这样一个规律：每当一种技术阻碍生产力发展时，就会有一种新的技术产生出来代替。毫不例外，高频机UPS 技术问世了。为了区别以前的UPS，就起了一个高频机UPS 的名字。原来那种输入输出都工作在50Hz并

35、且有输出变压器的老的电路结构就称作工频机UPS；而这种输入输出电路都工作在20kHz以上且没有的输出变压器的电路就称为高频机UPS。二、高频 UPS 比工频机 UPS 有哪些优点1、输入功率因数高工频机 UPS 一般在 200kVA以下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。数据中心 UPS运维手册Page 16 of 27 但是，任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99或甚至以上，谐波电流小于5%，前置发电机的

36、容量理论上和UPS 功率相同，大大缩减了投资和占地面积等。尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。2、本身功耗小在同样指标下，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，如图1 所示。由于此二者的影响，使得工频机UPS 的效率比高频机 UPS 低 5%。在同样是100kW的容量时工频机UPS 每年要比高频机UPS 多消耗5 万度电！这在中央号召节能减排的今天，能源的节约具有深远意义。图 1 高输入功率因数下的工频机UPS 和高频机 UPS 结构方框3、对外干

37、扰小UPS 的干扰一般有两种，一种是听得到的机械噪声，一种是听不到的电噪声，这两种噪声工频机UPS 都有，形成了对设备和对人的伤害。电噪声影响机器的稳定度，机械噪声影响人的身心健康，降低工作效率。而高频机UPS 由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵听不到的频率，使工作环境安静下来。又由于一般的高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以对外干扰几乎为零。4、体积小、重量轻工频机 UPS 由于有了输出变压器和适应50Hz的电感电容等低频器件使得体积重量都很大。比如某品牌200kVA工频机 UPS 重 1380kg，而同是这一厂家的250kVA高频机 UPS 重量只有 8

38、30kg。数据中心 UPS运维手册Page 17 of 27 5、全数字技术工频机UPS 开始是模拟技术，现在一般发展为数字与模拟相结合的技术。模拟技术的可靠性要比数字技术低。而高频机UPS 技术是一种全数字化技术，不言而喻，可靠性是很高的。6、对电网的适应能力强工频机 UPS 对于适应输入电压15%的变化已很不易；而高频机UPS 甚至适应输入电压30%以上的变化，这又大大延长了UPS 的电池寿命。7、能将并机环流衰减到几乎为零工频机UPS 的并联就是变压器的直接并联，而变压器的直接并联最容易产生环流，而且这个环流的路径畅通无阻，如图2（a）所示；高频机UPS 由于没有输出变压器，它们的并联如

39、图2（b）所示，可以看出这里的环流路径上处处是障碍，小于2V的电压差根 本 形 不 成 环 流，而 工 频 机UPS在 此 情 况 下 就 会 形 成 很 大 的 环 流。数据中心 UPS运维手册Page 18 of 27 图 2 两种 UPS 并联方框图总之，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。工频机UPS 的生产厂商和推销者为了延长产品的销售寿命，在其他性能指标上无法与高频机 UPS 抗敌，就把希望寄托在输出变压器上，因为高频机 UPS 没有这个变压器，再加之一些用户缺乏技术概念，于是就赋予了变压器很多具有神秘色彩的功能。比如这个变压器可以抗干扰

40、、可以缓冲负载浪涌电流、可以隔直流、可以适应电网电压的冲击和变化，等等。在这里，不要忽略电源的基本功能，UPS 是电压源，电压源的基本功能是输出电压动态性能要好，即无论负载在允许范围内如何变化，电压总是稳定的。根本不允许变压器对负载进行什么“抵抗”或“缓冲”。图 3 全桥逆变器UPS 输出变压器原理图有的人就表示，这个变压器是为了在逆变器功率管损坏时隔断直流电流到负载的通路而加入的，对此说法不妨做一个探讨，看一看变压器是否有阻隔直流的功能。图3 示出了一般变压器的工作情况。首先承认这种变压器是变换交流电的，如图中正弦波。假如不用来变换交流电而是施加直流，如图2 中将电池组开关S 闭合，由于变压

41、器绕组内阻相当小（近似于短路）就会在电池组和变压器初级绕组之间形成相当大的电流，一直到将电池组或导线或绕组烧断为止。换言之，这种电源变压器不能加直流。下面就来讨论逆变器功率管损坏情况。逆变器功率管的损坏有两种情况：断开或穿通（短路）。图4 示出了 UPS 全桥逆变器一个功率管（比如VT2）开路（断开）的情况。数据中心 UPS运维手册Page 19 of 27 从图中可以看出，在此情况下的电流路径只能是一个方向的，就是说只能输出一个极性的半波，如图中所示。一个极性就意味着含直流成分，直流电流分量在变压器初级绕组中的积累会使绕组达到饱和状态，就类似于绕组短路，形成很大的电流，以致将变压器和电池这个

42、回路烧断时才结束。这个直流电流倒是没有进到负载端，但UPS 本身烧了。图 4 全桥逆变器UPS 一个功率管开路情况原理图再看逆变器一支功率管（比如VT2）穿通（短路）的情况。只要VT4一导通就形成对前面直流电压的短路状态，如图5 所示。强大的电流可将VT4 瞬间炸毁，如果不是炸断就更危险，它可能会将电池组烧毁。某电子公司就因为这原因，一举烧毁了72节100AH电池。在这种情况下也是隔断了直流，同样是把自己给烧毁了。以上两种情况都是用烧毁UPS 本身的代价而保护了IT 设备，这对IT 设备用户是不是就算是一种福音呢？当然不是，因为不论是烧毁UPS 还是 IT 设备都会使系统崩溃而无法继续工作。图

43、 5 全桥逆变器UPS 一个功率管穿通情况原理图数据中心 UPS运维手册Page 20 of 27 如果 UPS 供电设备在逆变器功率管损坏的情况下不但保护了IT 设备，同时也保证了本身的安然无恙，这样的隔直流功能才有实际意义，这才是用户真正需要的。在大功率三相UPS 中这个变压器具有隔断三次谐波的能力，但必须是D-Y 连接，如图 6 所示。可惜的是这种连接方法消除的是线电压上的三次谐波，而相电压上的谐波不能消除，图 6 UPS输出三相变压器的连接如图 6 右图所示。再说逆变器本身产生的三次谐波几乎为零，根本不用到输出端去消除。而负载大都用相电压220V，并且还破坏相电压波形而产生三次谐波。因

44、此在这里谈什么消除三次谐波好像没有实用价值。工频机UPS 输出变压器的基本功能就是变压和产生隔离接地点，其他功能只是想像中的一种美好愿望。三、高频机 UPS 与工频机 UPS 的现状因为高频机UPS 对技术与工艺以及生产手段的要求非常严格，一般也不容易防制，20kHz以上的高频机UPS 容量都小于100kVA，只有少数制造厂的技术真正过关，并且已显示出强大的生命力。在大功率范围虽然不能做到20kHz，但可以采用高频机结构，比如用 IGBT高频整流（相对于50Hz而言），频率一般在15kHz以下，多数厂家已可做到 200kVA，但也有佼佼者，比如秀康10 年前就可做到8kHz/480kVA，伊顿

45、 9395也可做到15kHz/1200kVA，并已成为美国的军方指定产品。这说明高频机结构UPS 技术早已成熟。在我国军方和金融等重要部门也纷纷采用，并收到了良好的效果。当然工频机结构UPS 在这种情况下的日子会越来越艰难，好在是还有那么一批厂家的高频机结构UPS 没有过关，还得主推工频机UPS，作为市场手段多说一些当前用工频数据中心 UPS运维手册Page 21 of 27 机 UPS 更合适之类的语言，多说一些工频机的好处和多找一些高频机的缺点均属正常现象，这可以理解，也可能是认识问题。但不要认为工频机UPS 技术永远不落后。从科学发展观来说，以后一段时间内无疑是高频机UPS 的市场。不可

46、否认，高频机UPS 同样也有退出历史舞台的一天，当然那是后话。四、所谓两个发展方向现在有一种说法：高频机UPS 和工频机 UPS 是两个发展方向。这就使人糊涂了：难道效率低的产品也是发展方向？难道部考虑节能减排了吗？难道耗费资源和笨重的产品也是发展方向？总之，这种观点不外乎说：高频机UPS 与工频机 UPS 并存；节能减排与浪费能量和资源并存；先进与落后并存所谓技术上的并存应该是不可替代的，比如自行车虽然比汽车跑得慢，但它们在一定程度上是互相不可替代的；而这里的UPS 技术却是可以完全替代的。这就像汽车2 型可以替代1 型，3 型可以替代2 型一样的道理。(作者：Dave Welch译者：王霆

47、来源：TechTarget 中国)数据中心 UPS运维手册Page 22 of 27 如何确定全新UPS（不间断电源）单元的规格在你需要创建一个全新UPS（不间断电源）单元的时候，你是不是感觉到很难确定其规格？有些系统是以kW 为规格，而有些又是以kVA 为规格的。那么究竟如何对其进行区分并最终确定其规格呢？首先，我们先回顾一些容易混淆的术语和概念。kW和 kVA的意思分别为千瓦和千伏安?“千”往往被作为前缀来形容更大的数字。根据基本的物理定律，在直流（DC）电路中，“瓦特=伏特 安培”。而通常我们建筑物和设备中用的是交流电（AC）。因为对于电力公司来讲，交流电输送起来更为高效，损失较少。但当

48、交流电到达设备的变压器之后，它往往会产生一种电抗（电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用）特征。从表观功率（volt-amperes）的角度来看，电抗会降低可用功率（瓦特）的数值。我们把这两个数据的比值称为功率因数（PF）。因此，交流电路的实际功率公式是“瓦特=伏特 安培功率因数”。然而不幸的是，尽管说大多数用电设备的功率因数始终是稳定的，但通常只有1.0 或是更少，而据我所知功率因数能够保持1.0 的设备只有电灯泡。多年来，大型UPS 系统的设计都是基于0.8的功率因数，这意味着100 kVA的UPS 电源实际只能支持80 kW的电力负载。如今，大多数UPS 系统还是在继续按这种规格设计，

49、即使现在大多数技术已经能使设备的功率因数达到0.95-0.98。对于 UPS 电源来讲，无论是用千瓦来衡量还是用千伏安来衡量，都无法超越其额定的供电能力。然而，目前市场上也有一些UPS 系统的 PF 值得到了进一步的修正，这使得我们可以将千瓦和千伏安等同看待。UPS 系统铭牌上的数据在确定UPS 单元的规格时最大的问题就是如何确定其实际负载。许多数据硬件制造商在设备上提供的功率数据都与事实不符，有的甚至是完全错误的。大型制造商通常会在自己的网站上设一个链接或配置评估装置。这使他们可以提供相当准确的信息。数据中心 UPS运维手册Page 23 of 27 要小心使用设备的铭牌。这是一个法定的额度

50、标识，但通常来讲它所标注的额度比设备实际所能提供的功率要高得多。例如，假如一个UPS 单元铭牌上标注着在90 到 240伏的电压标准下可以提供4 到 8 安培的电流，那么它的实际功率可能只有500 瓦。首先，这些数据是可能会缩水的。电流越大，电压就越低。假如电压是120伏，电流是 8 安培，那么你能得到的功率是960伏安。在功率因数为0.95的情况下，它所能提供的功率就是912瓦。任何电源的效率都不会那么低，电源也从不会在满负荷的情况下运行。因此，这台UPS 单元的功率恐怕永远都不会超过500 瓦，但是如果你真的很保守，按 1.1 的功率因数来算，电源的输入功率规格也应该在550 瓦特左右。此