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浅析数据中心陕西阎良ups供电系统演进方向
数据中心是信息社会的关键基础设施，是ICT技术的核心载体。ICT技术发展带来的个人信息消费的增加与企业及各种机构的信息化建设与改造催生了巨量的数据中心建设需求。据ICTresearch预测，2012年至2020年间，中国数据中心的数量将从4万个增至8万个，从1000万m2增长至3000万m2。数据中心的大规模建设进步加大了市场对于UPS的需求。然而，现在的UPS真的能适应数据中心的发展，尤其是未来云数据中心的发展吗？未来的数据中心需要什么样的UPS呢？笔者认为，在保证可靠供电的前提下，未来的数据中心的UPS供电系统至少具备以下几个方面的特点。
1.“快”：快速部署、快速扩容
目前在数据中心的建设方式上，模块化的理念已逐渐被大家所接受。无论是模块化数据中心还是集装箱数据中心，都是这理念的具体实现，模块化UPS同样符合这理念。如果仅从整体部署速度来看，模块化UPS和塔式UPS差别并不大，但如果从后期扩容方面看模块化的优势非常明显。按需扩容的功率模块，在线热插拔的扩容，更符合业务快速发展的需要。尤其是对于平均寿命只有3到5年的互联网企业，谁能早天完成部署，早天实现扩容，能早步赢得客户，早步占据市场。相比传统塔式UPS到两周的安装时间，模块化UPS只需十几分钟即可完成扩容。
2.“易”：易用性、高可用性
相比传统数据中心为保证可靠性而设计的复杂的Tier4架构、2N系统，ECO模式、市电直供+UPS备份等等“不可思议”的方案正在被互联网巨头们采用。正是虚拟化的技术实现，使得互联网企业从追求单纯的供电可靠性变成了更看重以快速维护代表的可用性。
因此UPS也要向IT设备样易维护。这对UPS有两点要求：1、发生故障不能影响业务运行，即不影响正常电力供应；2、发生故障后要方便维护，好运维人员可自行维护而无需联系厂家，自行拿备件替换。显然，模块化UPS符合这要求。无论是交流模块化UPS还是直流模块化UPS（高压直流）都体现出了更高的可用性和易维护性。
3.“省”：节省空间和运行费用
省空间：目前的中小型数据中心大多建设在寸土寸金的楼宇之间，高密度直是IT设备的普遍追求，如刀片式服务器。更高功率密度，体积更加小巧的UPS能够为用户节省更多空间，对提供出租服务的企业来说，则意味着可以部署更多的机架用于租赁；另方面，基础设施架构融合，已成为数据中心发展的趋势之，而更高功率密度的UPS将更方便地与服务、存储等IT设备实现体化部署，目前各主流厂家均已推出了这种体化产品，如华为mircoDC,APCinfraStruXure等。
省电费：高昂的电费开支，也使得用户更青睐高效率的UPS，因为高效率UPS除本身损耗更低之外，还能降低制冷方面的能耗开支。有点需要指出的是，虽然大多数厂家都宣称可提供高效UPS，但负载率的影响仍然要考虑。对大部分数据中心而言，UPS的实际负载率不会超过30%（新建数据中心甚至只有10%），而随着虚拟化技术的实现，CPU利用率上升之后，UPS的实际负载率般也不会超过40%（以1+1系统为例）。因此只有在低负载率（20%~40%）也能做到94%以上高效的UPS才符合数据中心的实际需求。
除此之外，目前的主流服务器因为大量采用PFC校正电路，其输入功率因数已普遍超过0.9。这要求为其供电的UPS同样应能提供0.9甚至更高的输出功率因数，否则为了匹配这些服务器，用户将不得不采购更多的UPS。比如，按理论计算（不考虑冗余等实际情况），10台500VA/450W（功率因数0.9）的服务器，其总功耗为5kVA/4.5kW，只需采购台5KVA输出功率因数大于0.9（输出功率大于4.5kW）的UPS即可。而如果UPS功率因数为0.8甚至更低，则需要两台5kVA的UPS。
4.“智”：智能化，更易于管理
几乎所有的UPS厂商都宣称可提供智能化的设备。但目前的智能化主要还是集中在UPS本身的技术层面，或网管方面。面对IT与CT行业层出不穷的新理念、新产品，尤其是近年来伴随移动互联网而出现的智能终端、可穿戴设备，UPS行业的“智能化”显然还不够智能。那么未来将有哪些方面会出现突破？
①能耗精细化管理：通过传感器轻松获取机房内部物理生态系统（供配电系统、温控系统、IT设备等）与机房外部自然生态系统（电网信息、气象信息、用户使用信息等），实现整个数据中心的自我优化与瓦特级的能耗管理。
②信息处理与价值挖掘：将收集到的信息数据，通过数据分析，它将为用户描绘出副数据中心的整体用电图谱，客户可以快速的查询到相关信息，如耗电的服务器、用电的周期规律等，并将会进步挖掘这些信息的价值。
③物联网技术应用：网管APP、移动式运维、自动化维护将逐渐代替传统的运维方式，除了对数据中心的日常管理，物联网技术的应用，还将带来设备维护方式的变革。如设备寿命预测、故障预防、故障处理等。
综上所述，从未来数据中心需求的角度上来说，佳UPS系统应该具有可快速部署和扩容，简单易用，具有高可用性、高效率、高密度和智能化等特点。工频机由于自身的局限性，难以匹配未来数据中心的需求；采用高频技术的塔式机比起传统的工频塔式机虽然在体积、效率等方面有了明显改善，但塔式机仍非优选择；而基于高频技术基础的模块化UPS则很好的匹配未来数据中心的发展需求，必将取代工频机、塔式机成为未来数据中心的不间断供电系统的主流选择。
事实上，随着行业的发展和技术的演进，高频化、模块化的UPS已经获得了广泛的接受。主流厂商如华为、艾默生、APC等也在将重点转向了对高频模块化UPS的研发和推广，逐步退出了工频机、塔式机的研发，同时用户也对高频和模块化也表现出越来越高的接受度，例如中国电信和中国电信2014年的UPS集采中，5个标段有均有4个标段为高频机，且模块化UPS均作为独立标段出现。而根据行业知名网站机房360的关于UPS技术发展趋势的项专题调查显示，90%以上的用户建设机房时会优先考虑高频机。这些都在表明，高频化、模块化的UPS是数据中心供电演进的必然方向。
陕西阎良ups数据中心建设中的电磁兼容接地设计技术
国际电子委员会对电磁兼容(EMC)的定义是:“EMC是电子设备的种功能,电子设备在电磁环境中能完成其功能,而不产生不能容忍的*”,即电子设备工作中产生的电磁辐射要限制在定水平内,另外,电子设备本身要有定的抗*的能力。
国标GB/T4365-1995【该标准等同于IEC60050(161)】对EMC的定义是:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。
这里讲的电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象,同时也表明电子设备或系统不仅应具有抑制外部电磁*(EMI)的能力,而且所产生的EMI应当不影响同电磁环境中其他电子设备的正常工作。
数据中心中EMC的现状
目前,信息化产业已成为国民经济中的龙头产业,各国通信网、计算机网已接入千家万户,企事业单位的办公室和生产线也采用了各种精密的、智能化的电子设备。电子设备的工作场地,从上世纪60年代的单的、分散的机房,到现在的几万平米的数据中心。中的电子设备越来越灵敏、精密、智能化,但所处的电磁环境越来越恶化。这种局面对电子设备本身提出了较高的要求,特别是信息产业的飞速发展对电子设备也带来了宽带*和电磁脉冲*。
传统的电子设备在遭受电磁*时,通常多造成功能下降。而今天的电子设备在遭受电磁*时,可能会造成逻辑错误或信息丢失,严重时电子设备死机、自动误操作、失控,引起整个通信与信息系统的混乱。
为了使电子设备能够在各种恶劣的电磁环境或电磁敏感环境下正常工作,发达国家早开始重视电子设备的电磁兼容设计与工程。我国也在上世纪80年代制定了第个国家级的电磁兼容标准《工业*电*基本测量方法GB/T3907-1983》。2001年12月,为了应对日益国际化的需要,强化全民电磁兼容性意识,更快促使国内的电磁兼容技术向前发展,国家颁布了《强制性产品认证管理规定》—“3C”认证。
电磁兼容技术是门迅速发展的,涉及电子计算机、通信、航空航天、铁路交通、电子、军事以及人民生活的各个方面。电磁兼容技术的三项基本技术是屏蔽技术、滤波技术和接地技术。
在数字中心的建设中,数字计算机系统是不可缺少的,它以高速运行处理和传输逻辑信号,在信息传输中，数字脉冲信号容易产生电磁辐射(*),这些电磁发射信号频谱成分复杂，同时还携带信息。
数字计算机中应用多的元器件是二极管、集成微分电路、A/D转换电路、D/A转换电路等。它们都是敏感的元器件,特别是MOSD/A电路,它以低电平传输信号,属于低电平系统,在电磁环境中易受*。
对电子设备中的模拟电路的影响是连续的,随着*强度的增大而增大,*消失后可以恢复到原来状态。而数字电路是逻辑工作方式,存在阈值电平与对应的*容限(又称噪声容限),它比模拟电路有利的方面是,只有超过*容限的*信号才有危害。不难看出,模拟电路在瞬时*消失后,系统可恢复正常工作。而在有存储记忆功能的数字逻辑电路中,瞬时*消失后,不可能恢复到原来状态,存在潜在危险。
有两大类。是存在于地球和宇宙的自然*,自然的电磁现象产生的是电磁噪声。自然*主要分为宇宙*、大气*、雷电*和热噪声;二是人为*,人为*来自两个方面:有意发射*源和无意发射*源。有意*源有广播、电视、通信、导航等发射设备,其频率范围在3MHz以上,即在长波到厘米波范围;无意*源有汽车的点火系统、各种照明装置、高压电力线、工业科学医用设备以及接收机的本机振荡辐射,其中有空间辐射和传导辐射之分,频率范围为50Hz～300kHz,属于超长波范围。
数字计算机系统的工作频率范围很宽(150kHz～500MHz),包含了中波、短波、超短波和微波前端。其间电磁环境复杂,被*的可能性极大,当电磁辐射空间场强超过126dB时,将对计算机构成严重*。由于计算机的高速化、高灵敏化、高密度集成化、小型化、多功能的推广普及,使电磁环境更加复杂,当然其电磁兼容性问题变得更加突出。又由于大规模集成电路的发展,使电子计算机、电信设备发生了革命性的变化。特别是电子设备的全面数字化、智能化,超高速计算机的巨大成功,使得电子信息设备电磁兼容设计成为21世纪的核心技术之。
要设计好电子信息设备的电磁兼容,首先要知道电磁兼容性设计技术中的几个重要方面:
(1)传输通道的*抑制
具体办法是滤波、屏蔽、搭接、接地、合理布线等;
(2)空间分离
包括地点位置控制、自然地形隔离、方位角控制、电场矢量方向控制等;
(3)时间分离
包括时间共用准则、雷达脉冲同步、主动时间分离、被动时间分离等;
(4)频谱管理
包括频谱规划/划分、制定标准范围、频率管理等;
(5)电气隔离
包括变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换等;
(6)其他技术
下面重点讨论传输通道*抑制中的接地设计和搭接技术。
2 电磁兼容接地设计技术的概述
接地技术是电磁兼容技术中的项重要技术,也是任何电子和电气设备或系统正常工作时必须采取的重要技术。它是保护设备和人身安全的重要手段,也是保障设备或系统的电磁兼容、抑制电磁*、提高其可靠性的重要技术措施。
电磁兼容(EMC)中为困难的是接地技术。根据几十年的机房设计经验,有许多无法控制的因素影响机房的总体性能,而又难以直观去理解,当然也无法直接定义建模来进行剖析和合理地调整。这些问题往往与接地有关。
从广义上讲,接地是电气连接,要么接大地,要么接到个作用类似大地的结构上。该结构应是个电阻非常低、电容量非常大的物体,能拥有吸收无限电荷的能力,而且在吸收大量电荷后,仍能保持本身电位不变。
合理的接地是为*信号提供低阻抗通路,是有效地抑制电磁*的方法。优良的EMC接地设计可以解决50%的电磁兼容问题(其中包括PCB的接地)。不合理的接地会在两接地点之间的公共阻抗上产生个电压降,从而产生接地*。在EMC设计中,面对个复杂的电子系统时,没有个人能提出个绝对正确的接地方案,所谓正确的接地方案都会留下些许不足之处。个在某特定环境中应用较好的接地方案,应用到其他场合不定会有好的表现。所以,在EMC设计中,采用何种方法接地,要根据实际情况来决定,任何接地方案都有其应用范围和局限性的问题。接地设计应由具有丰富的成功经验的设计人员来承担。
3 电磁兼容接地设计的要点
(1)几种“地”的定义
①地
地是导电性的土壤,具有导电位,任意点的电位都可看成是零电位;地是导电体、土壤或金属的壳体,用来作为电流的返回通道,或是作为零电位的参考点。
地是个导位点或导位面,作为信号的基准参考,要求其电位波动小,为电路或系统提供个参考电位,其数值可以与大地电位相同,也可以不同,它可以是设备的外壳、支衬的金属板或导线、真正的大地。
地在电路组合单元或电子系统中是个非常重要的角色。电路系统中的各部分电流都必须与地线或地平面构成电流回路。由于返回路径上的电流成分复杂,其幅值和频率的分布亦较大,为了减小返回路径上的电位，要增大返回路径的截面积。
②大地
大地是个电阻非常低、电容量非常大的物体,拥有吸收无限电荷的能力,而且在吸收大量电荷后,仍能保持本身电位不变,所以把它作为电气系统中为防止电力设备遭受雷击而采取的保护性措施和保护人身安全的种手段。大地适合做电气系统中的参考电位体,称为“电气地”。随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统中只考虑防雷和人身安全,已远远不能满足要求。如在通
信系统中,大量设备之间的信号互连,要求设备有个基准“地”作为信号的参考地。随着电子设备的复杂化,信号频率越来越高。在接地设计中,信号之间的互相*等EMC问题必须予以重视。为了不影响电子系统运行的可靠性和稳定性,高速信号的回流技术也要引入“地”的概念,这个地是“物理地”。
③接地
接地般是指电路或电子设备组成的运行系统与“地”之间建立的低阻抗通路。
接大地可以用作引导故障或雷击电流(安全地),也可以使参考地尽可能地接近所连接的地电位(信号地)。要注意上述两种作用是完全不同的,不能搭接在同点上使用!
④安全地
“安全地”是用来引导故障电流、启动断路器或熔断丝,在故障发生的过渡过程中限制对地电压;在绝缘被破坏时,进行短路保护、静电释放、雷电保护等，既保护人身安全，又保护设备不受损坏。
⑤信号地
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