環(huán)保部日前宣布，將2013年世界環(huán)境日中國主題為“同呼吸 共奮斗”，旨在推進以防治PM2.5為重點的大氣污染防治工作；倡導(dǎo)全社會群策群力，共同行動，積極參與到防治大氣污染的行動中來。

從環(huán)保部發(fā)布的一季度空氣質(zhì)量狀況顯示，今年1-3月份，中國74個城市總體達標(biāo)天數(shù)比例為44.4%，首要污染物為PM2.5、PM10，其中PM2.5平均超標(biāo)率為49.1%，PM10平均超標(biāo)率為33.6%。環(huán)保部門表示，除了天氣原因以外，此次重污染根本原因還是污染物排放大，其中，日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣等帶來的污染物，是造成城市空氣污染的主要原因。在我國大力發(fā)展信息化建設(shè)的今天，數(shù)據(jù)中心成為城市能耗“大戶”，在全球IT總能耗中，數(shù)據(jù)中心就占到了40%。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排不僅關(guān)乎經(jīng)濟效益，更關(guān)乎社會效益。

如何衡量數(shù)據(jù)中心能耗

能源使用效能值（PUE）是國際公認(rèn)的衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的一個重要指標(biāo)。據(jù)最新的報道，國外最先進的數(shù)據(jù)中心的PUE值可以達到1.06，而我們國家IDC的PUE平均值則在2.5以上，這意味著IT設(shè)備每耗一度電，就有多達1.5度電被數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施所消耗，這一現(xiàn)象在中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心中更為嚴(yán)重，通常其PUE的測量值普遍在3左右。這表明有大量的電能被消耗在供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施上，而用于IT設(shè)備中的電能僅為總耗電的33%。

對于影響數(shù)據(jù)中心PUE值的供電、制冷兩大基礎(chǔ)設(shè)施而言，供電系統(tǒng)的能效是問題的根本，因為供電系統(tǒng)的低效加劇了制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，雙倍地導(dǎo)致了PUE指標(biāo)的攀升。而數(shù)據(jù)中心所有營運負(fù)載幾乎都是通過UPS電源來供電的，因此如何進一步挖掘UPS系統(tǒng)的工作效率，將是快速改善數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)乃至整個數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)的核心途徑。

改變UPS工作模式實現(xiàn)節(jié)能降耗

當(dāng)前數(shù)據(jù)機房UPS系統(tǒng)的工作模式為雙變換在線工作模式，即通過“AC-DC和DC-AC的雙變換”給IT負(fù)載提供穩(wěn)定的凈化電源。但是在這一模式下，UPS的效率較低，通常滿載工作效率僅90~95%（視UPS結(jié)構(gòu)的不同），如果對于當(dāng)前數(shù)據(jù)機房普遍采用的2N電源系統(tǒng)架構(gòu)，其正常工作的最大負(fù)載率僅為40%左右，在這一負(fù)載率下，UPS的工作效率也相應(yīng)降低，通常約為85~94%左右，這導(dǎo)致了能源的極大浪費并降低了整個數(shù)據(jù)中心的PUE指標(biāo)。

與雙變換在線工作模式相反，綠色休眠在線模式的工作原理是在輸入市電品質(zhì)較好的情況下，將市電通過UPS旁路直接供電給數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載，而UPS內(nèi)部的逆變器處于在線備份狀態(tài)，從而使整個UPS系統(tǒng)的供電效率高達99%，而且這一休眠效率不受UPS負(fù)載率的影響，實現(xiàn)了“UPS基本不耗能”的節(jié)能降耗總目標(biāo)；同時通過微秒級的快速跟蹤及DSP技術(shù)，始終保持逆變器在線備份的電壓、頻率、相位參數(shù)完全與旁路輸入同步，保證了分級切換的“不間斷”。

根據(jù)輸入市電的品質(zhì)，市電的電壓與頻率波動，這一UPS系統(tǒng)的工作可分成下列三級：

第一級――綠色休眠在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動較小時，UPS內(nèi)部的整流器、逆變器、充電器均處于在線休眠狀態(tài)，不僅基本不損耗電能，而且使主功率器件也處于電休眠狀態(tài)，提高了這些UPS內(nèi)部核心部件工作的可靠性并延長其使用壽命。

第二級――雙變換在線模式。當(dāng)市電的電壓與頻率波動超限時，UPS立刻轉(zhuǎn)切到整流、逆變的雙變換模式，此時UPS的 40%負(fù)載工作效率通常在85~94%左右,與目前數(shù)據(jù)機房UPS的工作模式完全相同。

第三級――電池放電逆變模式。當(dāng)市電的電壓與頻率超出了UPS整流輸入所允許的電壓與頻率范圍時，UPS將關(guān)斷整流器，進入電池放電工作模式，此模式下UPS的滿載工作效率約為86～95%左右。

根據(jù)國內(nèi)典型的數(shù)據(jù)中心實際電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對于進行上述分級運行的UPS系統(tǒng)，其一年的95%時間將運行在休眠模式，小于5%的時間工作在雙變換模式，不到1%的時間工作在電池放電模式。如果以一個負(fù)載容量為5000kW的中等規(guī)模IDC機房采用老式12脈沖相控整流UPS為例，假設(shè)其40%負(fù)載率下的效率為達到了國家能效III級UPS標(biāo)準(zhǔn)的87%為計算依據(jù)，其每年的電費節(jié)約將高達460多萬元。

由于IT負(fù)載電源自身的穩(wěn)壓功能以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心機房UPS供電系統(tǒng)通常具有的較好電能品質(zhì)，在絕大部分市電品質(zhì)良好的工作時間內(nèi)繼續(xù)讓UPS工作在雙變換模式不僅是能源的無端浪費，而且這一多余的重復(fù)變換還導(dǎo)致了UPS事故的高發(fā)和可靠性的大幅度下降，因此轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)技術(shù)觀念，在數(shù)據(jù)中心機房廣泛采用UPS綠色休眠在線技術(shù)作為主要工作模式是大勢所趨。

綠色休眠在線模式UPS選型

綠色休眠在線模式對UPS的技術(shù)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，即分級轉(zhuǎn)換問題。傳統(tǒng)的“效率優(yōu)化”或“旁路優(yōu)先”技術(shù)一直無法解決“效率優(yōu)化了”但轉(zhuǎn)換時間太長(超過10ms)，或轉(zhuǎn)換時間改進了但“效率不夠優(yōu)化（僅96~97%”）的矛盾，由此導(dǎo)致了工作在這一模式的UPS工作可靠性和穩(wěn)定性不高，機房負(fù)載始終處在供電中斷風(fēng)險的隱憂之中。

與傳統(tǒng)解決方案不同，多元化的動力管理公司伊頓采用專利的休眠技術(shù)，通過多DSP技術(shù)架構(gòu)并引入先進的“云”計算技術(shù)理念，融合電力電子技術(shù)的最新進展，實現(xiàn)了系統(tǒng)效率、轉(zhuǎn)換時間及轉(zhuǎn)換安全性三者的有機統(tǒng)一，大幅度提高了UPS在休眠狀態(tài)及“休眠”到“喚醒”工作轉(zhuǎn)換過程中的節(jié)能效率，并確保了高可靠性。

以伊頓電力專家9395系列UPS（Power Xpert™ 9395）為例，分級切換時，UPS輸出三相電壓動態(tài)偏離值遠小于UPS標(biāo)準(zhǔn)CLASS 1及計算機安全標(biāo)準(zhǔn)ITIC曲線的輸入電源安全要求，表明其切換瞬間的電壓波動完全優(yōu)于IT負(fù)載對輸入電壓波動的容差；此外，三相電壓和單相電壓實際測量的波動的切換時間最大均為1.6ms，這一時間不僅遠小于機房IT負(fù)載所要求的安全轉(zhuǎn)換間隙，還遠小于數(shù)據(jù)中心機房常用的靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS 所能達到的最快4～5ms的轉(zhuǎn)換時間，從而確保了機房負(fù)載在轉(zhuǎn)換過程中的供電安全性。

這一在線休眠模式不僅能輕易地實現(xiàn)UPS單機的休眠，而且能實現(xiàn)多臺并機系統(tǒng)的休眠，所以它非常適合擁有大容量UPS的數(shù)據(jù)中心機房。在國外，這一技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，帶來了數(shù)據(jù)中心電源安全與節(jié)能和諧統(tǒng)一的革命性變革；在國內(nèi)最大的IC制造業(yè)，70多臺伊頓電力專家9395系列正成功地以在線休眠模式工作著。

結(jié)論

由于UPS技術(shù)的飛速進步和多年的成功應(yīng)用，UPS綠色休眠在線技術(shù)在提高能效、保證輸出電能的切換穩(wěn)定性、切換快速性及切換的可靠性方面得到了可靠的技術(shù)保障和長期的實踐驗證，從而為綠色休眠技術(shù)在數(shù)據(jù)機房的廣泛應(yīng)用消除了不必要的技術(shù)顧慮。采用效率高達99%的綠色休眠技術(shù)UPS，可大幅度提高數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能降耗水平，從而提高數(shù)據(jù)中心機房的PUE指標(biāo)踏上一個全新的臺階，因此它應(yīng)該成為當(dāng)今數(shù)據(jù)中心UPS電源必須的功能和首推的工作模式。