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(转)如何为数据中心选择合适的UPS  

2010-03-15 10:32:47|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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当你决定为数据中心采购UPS的时候,规模和型号都是个问题。本篇技巧将探讨数据中心UPS的规模 和容量规划问题。

  小孩甲:“我爸爸的UPS比你爸爸的规模 大!”

  小孩乙:“但是我爸爸每千瓦功率获得的KVA更高!”

  这段虚构的小孩子间的对话可以说是数据中心管理人员长期受UPS规模问题困扰的真 实写照。如今许多数据中心的UPS规模都超出了实际需求,这是很普遍的,人们总是认为“越大越好”。UPS电源究竟多大规模最好?这对数据中心又意味着什 么?接下来我将解释为什么说小孩甲的爸爸可能在浪费能源,而小孩乙的描述也可能需要质疑。如果你曾经也为这一问题所困扰,那这篇文章应该对你有所帮助。

  首先,我们需要明白一些术语。

  伏特(V)×安培(A)=伏安(VA)

  那么,480V×250A=120000VA。

  这个数字有些大,我们将其除以1000就是120千伏安(KVA)。

  在我之前一篇关于计算数据中心电力负载的文章中,我介绍了同样电压的直流电和交流 电做得到的功率是不一样的,在这里就不再进行赘述了。此外,我还介绍说对于如今的服务器而言,我们可以忽略其中的误差。而对于UPS规模而言,这也不是很 重要。原因如下:

  对于交流电源来说,完整的公式是这样的:

  瓦特=伏特×安培×功率因数(W=V×A×pf)。

  功率因数是“实际功率”与“视在功率”的比值,瓦特是实际功率而伏安则是视在功率, 看起来伏安明显有些难以理解。但是对于如今的数据中心而言,瓦特似乎更为重要,因此伏安一直也不为大家所了解。

  有一件事需要提醒大家,我们所谓的功率因数几乎很少可以为1,除了在白炽灯、电热炉 及烤面包机等电器上。通常这个值都是低于1的,永远都不会超过1,因此瓦特肯定是要小于伏安的。如今的服务器功率因数都在0.95到0.99之间。

  120V×3.0A=360VA×0.95pf=342W

  伏安和瓦特之间是有一点小小的区别的。如果功率因数高一点,这种区别会变得更小,这 也是我为什么说这种差别可以忽略不计的原因所在。

  然而,大多数 UPS依据的都是KVA指标,而且多年来功率因数一直在0.8左右。因此一台100KVA的UPS在0.8的功率因数下只能提供80KW的实际功率。如果 你认为它们是一样的,那你就会发现有20000W的差额。这也是许多人在得知在UPS达到设计容量98%而实际距额定的KVA指标还很远时感到吃惊的原因 所在。相应的规律是:如果你的UPS功率因数低于计算机硬件的功率因数,你的实际UPS容量指标为KW,而不是KVA。

  自从服务器功率因数得到改善之后,许多UPS的设计功率因数也达到了0.9,因此 100KVA的UPS将能提供90KW的容量。甚至还有厂商生产出了功率因数为1的设备,这意味着KW指标和KVA指标都一样了。(使用这种UPS,对于 负载的限制将来自KVA,而不是KW,因为你的计算机设备并不是绝对完美的。换句话说,一台100KW或100KVA的UPS或许最多能提供95KW的功 率。小型UPS的功率因数都在0.7左右,这里不做讨论,因为它们都是以瓦特为指标的。

   在本文的第二部分中,我们将继续为大家介绍如何确定数据中 心UPS的规模和效率需求。


在本文的第一部分中,我们为大家介绍了数据中心UPS功率 标准的区别及负载方法,接下来我们将为大家介绍如何确定数据中心UPS的规模和负载需求。  

  如何确定UPS的规模

  在了解了KW和KVA的概念之后,我们就可以确定UPS的规模了。之前我们已经演示 了如何估算实际的负载功率并分析了数据中心负载过高的原因所在。接下来我们向大家介绍如何正确评估UPS的规模。从第一天开始,应该先从评估数据中心负载 的KW指标开始,然后逐渐拓展开来。然后,挑选下一代最高规模的UPS。这可以允许有一定的业务增长,并允许在升级时安装一些平行的系统。

  从短期考虑这很好,但长期考虑呢?我们需要适当地扩大我们计算出的最终负载,但是 我们又不愿意超出预期的规模太多。在低负载情况下,UPS会浪费许多能耗,一般说来,在接近自身容量范围内运行时,UPS的效率是最高的。当然,不同的环 境下效率会大不相同,但许多双转换UPS在80%到100%负载情况下效率会达到90%到95%,负载越低,效率也就越低。如今有好多高效的系统该效率会 达到98%,用的也不过是我们平时所用的技术而已,但其效率变化却很令人吃惊。因此,要想检测到真实的效率我们需要考虑造成这种差别的原因所在。我们可以 将这些普遍的系统效率变化规律当成是一种行业标准。

  • 50% 负载下效率为89%
  • 40%负载下效率为88%
  • 30%负载下效率为86%
  • 20%负载下效率为82%

   负载效率之外的能源1年365天都在流失,而且还会消耗更多的冷却资源。

   如今模块化系统是一个不错的选择。模块化系统允许你按照当前的最大容量进行规划,提供的仅仅是你最初实际需要的容量,在你需要UPS容量的时候,可直接 进行添加。这些系统发展状况不同,但原理都是一样的——允许你在有需求的时候添加相应设备容量并支付其费用。当然了,要想保证这种灵活性,你是要提前付款 的,但是,它避免了早期全部的投资,同样也可以节省能耗,这应该算是不错的投资回报率。我们一起来分析一下原因:

  一台100千瓦的UPS上1%的负载流失每天要浪费1000瓦或24千瓦时的电力。

  1%×100KW=8760千瓦时/年=876美元(0.14美元每千瓦时)

  1%×500KW=43800千瓦时/年(0.14美元每年)

  1%×1000KW=87600千瓦时/年(0.14美元每年)

  如果能源的流失率为5%,那损失会更大,这也是说适当的规模对于UPS来说比冗余 更重要的原因所在。我们假设有一台100KW的UPS,看它在不同模块下保持N+1冗余和2N冗余的效率差异。

  如果是50KW的模块,那N+1冗余实际上就是一个150KW的系统之提供 100KW的可用容量。(如果三个模块中又任一个坏了,其它两个依然在系统中运行)。100KW的80%是80千瓦,这只占实际的150KW容量的 53%。我们损失的效率不到1%——还不算坏,除了系统经常要在这个水平下运行之外。

   如果是10KW的模块,N+1冗余就是一个110KW的系统,能提供100KW的工作负载。(如果11个模块中有任何一个出现故障,其它十台还可以维持 系统的运行。)100KW的80%是80KW,占110KW实际负载的73%。我们已经接近了最高的能效范围。

  2N冗余就是两个100KW的系统,不论规模和配置如何,每个模块都只提供40KW 的负载(如果有任一模块宕机,另一个模块会承担全部负载)。40千瓦只占设计容量的40%,已经属于低效率范围,在这个范围以下能源的流失会更严重。这也 是为什么说绿色设计需要仔细考虑我们实际冗余需求的原因所在。

   因此,为了确定合适的UPS规模,你需要做以下一些事情:

  • 制 定可行的负载评估
  • 提供合理的峰值储备和短期增长需求
  • 掌握KW和KVA两项指标
  • 购买既满足当前所需 容量又满足长期业务增长需求的系统
  • 仔细考虑你实际需要的冗余等级
  • 审查你所运行的负载层面的效率
  • 仔 细考虑市场上的各种UPS产品
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