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数据中心机房用IT设备 对UPS供电系统的技术要求

来源:中国科学院计算所 作者:李成章 更新时间:2009-9-9 14:30:13

摘要:为建设和设计出一流的数据中心机房,应高度关注“IT设备对UPS供电系统的如下关键技术要求和运行特性:允许的"瞬间供电中断"时间,输入电源的“零地电压”以及“双电源输入”的运行特性。

    为建设和设计出一流的数据中心机房,应高度关注:IT设备对UPS供电系统的如下关键技术要求和运行特性:允许的"瞬间供电中断"时间,输入电源的"零地电压"以及"双电源输入"的运行特性。

    鉴于当今被安装于信息网络机房内的绝大多数IT设备(服务器、小型机、交换机、光端机、网关、"磁盘阵列"机和网络通信设备等)均采用带输入功率因数校正功能(PFC)的开关电源作为其CPU/存储芯片各种的直流辅助电源。此外,IT设备供应商为提高IT设备的运算能力而设计出的体积越来越小和功率密度越来越高的IT设备(例如:在IDC机房中、常用的高功率密度的刀片式服务器和大容量磁盘阵列机的功率密度有可能高达20-30KW/机柜)。在这些IT设备中,它们的IC芯片所使用的直流辅助电源的电压呈现出越来越低的发展趋势(例:从5Vdc逐渐下降到3.3Vdc→1.7Vdc)。   
     在此背景下,位于信息网络机房内的IT设备对UPS供电系统提出如下的技术要求:

    1   lT设备对UPS输出电源的适应能力很强
    由于当今的IT设备的输入电源都  用开关电源的设计方案。因此,它对输入电源的适应能力很强。它所允许的输入电压和频率的波动范围应该说是相当的宽:它们的典型值分别为380/220V±20%和50Hz±10%(见图1)。这就意味着:只要是正规的UPS厂家所生产的产品均能完全地满足:这些IT设备对输入电源的技术要求。这是因为:目前的UPS产品的典型输出电压的波动范围是:静态稳压精度<±1%,它的动态稳压精度<±5%,恢复时间<10-20ms(注:这是当UPS的负载在执行0%→100%→0%的突然"加载"或突然""减轻"操
作时的运行特性)。UPS的典型输出频率为:当输入电源正常时,UPS的逆变器电源同步跟踪于它的交流旁路电源的频率。此时的逆变器电源与交流旁路电源之问的相位差≤1°-2°。当输入电源不正常或出现"停电"事故时,UPS输出频率的稳频精度为:50Hz<±0.02%左右。此外,由于它的同步跟踪速率<1Hz/s。所以,UPS的逆变器电源的输出频率是不会发生"突变"的。大量运行实践表明:在IDC机房中所实测到的UPS的输入和输出电压失真度仅为:2%-3%左右。

表a:GB50174-2008"电子信息系统机房设计规范"中、对UPS的技术要求

    上述数据非常清晰地暗示我们:对于当今的UPS而言,它的输出电压的频率的波动范围远远地小于IT设备所允许的输入电压和频率的变化范围。因此,影响信息网络机房能否正常工作的主要因素并不在于UPS供电系统的输出电压和频率是否足够的稳定度?我们完全没有必要花过多的精力去斤斤计较UPS电源的某项电压/频率指标是否满足在GB50174-2008"电子信息系统机房设计规范"或《通信用不间断电源》(YD/T二095-2008)中对UPS供电系统的技术要求:电压稳定度<±3%(A级和B级机房)、<±5%(C级机房)以及稳频范围:之50Hz±0.5Hz。这是因为:对于当今的UPS而言,其稳压和稳频的波动范围远小于在规范中所规定的技术指标的。对于IDC机房中的IT设备而言,它所允许的输入电源的电压和频率的波动范围是远高于在规范申所规定的技术指标的。为此,建议:将我们的关注点转到UPS电源的输入功率因数、效率、输出功率因数及其抗"输出过载"能力上。


图1 数据中心的不IT设备对输入电压的典型容忍度曲线

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