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多元设计 打造高效能UPS
 

【作者: 王明德】2014年07月28日 星期一

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UPS已不仅是防止断电的辅助设备,其重要性已因其稳定电源的功能性逐步提升。在如此成熟发展的设备架构下,如何提供高转换效率的产品,以UPS角度出发,已成为技术发展的主要课题,厂商也推出各类方案,达成UPS的「高效化」。


不论是生产线自动化或机房设施,不断电系统(UPS)在电力的应用上,都占有一个重要的地位;前面提过,传统的UPS主要的工作在于电源的「备援」作用,而现在由于技术进步,厂商对UPS的需求,也从「备援」功能提升为解决电力问题的「稳定」功能。


图一
图一

UPS本身是一个非常成熟的产品,现阶段在一片的节能环保的声浪中,几乎所有的厂商所著重的眼光,主要仍是往提高UPS运转效率,并减少功率转换损失的方向在前进。


也因此,工商业企业端对于UPS的重要性认知早已无庸置疑。对于企业来说,UPS的接受度很高,为了防止突发状况所造成的损失,宁可事先购置UPS来确保设备本身的运作与品质;而电力问题造成损失的金额,往往等于几十台UPS,整体效益来说,使用UPS比较具有经济效益。此外,规划时也必须注意如UPS本身备援程度的限制与极限等事项,并针对该系统所需电力去规划,才能够设计出最符合系统或厂房所需的UPS应用方案。


对于机电设备而言,UPS本身的负载适应性是最重要的考量。因机电现场环境往往充斥着许多的杂讯干扰,像是雷击、周边负载设备的开关机、发电机以及无线电通讯等等,如UPS本身容易受到杂讯的干扰,而致使功能不正常,对于机电设备反而是一种负担。换句话说,所谓「工业级」的不断电系统对于外来的干扰,必须具备相当程度的耐力,必须在不受影响的情况下持续保护机器设备的运转。


转换效率为中心 UPS迈向多角高效化发展


以PC为中心观察,电力转换的效率可以说是在高效要求规画的首要目标。以其技术来源来看,UPS将市电转换维直流电储存,在环境有用电需求时再转换回交流电供设备使用,从中即可将UPS区分为「离线式」、「在线互动式」以及「在线式」设备,对于较具成本考量,或是对于电力要求较有弹性空间的应用需求来说,离线式与在线互动式较可符合经济效益需求;但相对来说,在线式主要则是提供给对于电力要求严谨的应用环境,在电力转换时间上需要保持零中断,才能够随时提供最稳定且不间断的电源。


当所有的电力经由UPS转换后,再行提供设备使用,以大型工业环境多使用的在线式UPS,相对而言将造成较大的功能损耗,如何降低这类问题,已成为厂商需求课题;多家厂商针对此一部分,推出整合型解决方案,包括在较为优良的供电环境中,UPS可以选择将电路转换到不用通过核心的Economic Mode回路,直接使用市电启动设备,当电力品质降低时,再走回UPS的核心回路,以减少转换中的损耗。


此外,回路的整合也是新的趋势。一般以科技厂房为例,为了达到电力备援的目的,其所接受的电源可能包括市电及自有发电设施,其中一个回路出问题时,即可透过另一个回路替补供应电力;然过去的UPS仅能接受一个回路,在电力回路进行替补的过程当中,仍可能造成电力的间断与不稳,而现阶段的UPS产品已可几乎零时差的进行回路转换,让接轨更为直效。


云端及IoT发展 UPS随机房之需求齐步提升


加上企业对于IT设备的应用需求亦日渐增加,云端整合或IoT应用项目,势必成为企业应用主流,整合这些资料库的中心,其数量及规模也跟着日益增大,高居不下的营运成本、日趋惊人的能源消耗,敲响严重资源浪费和环境污染的警钟,机房的效能成为重要诉求,朝更为节能、更高效率、可持续性的资料中心转型。


机房中与IT系统最为紧密相关的部分,主要是由电力、空调、机架、管理及服务等联手组成的系统,过去使用者多专注在单一的UPS性能指标提升,目前逐渐将注意力直接投注到整个电力系统与网路环境上,像是Green Grid协会就制订出以PUE(Power Usage Effectiveness;能源使用效率)用以评估机房针对能源应用效率。


传统的PUE关注的部分,厂商想尽办法想要将PUE值降低,以跟上世界潮流;但现在所标示的PUE,其实并非实际运转的效率。专家认为,「真实」的PUE是动态流动的,随着时间随着IT负载设备用量变换,PUE亦会跟着设备负载,而跟着变换,因此不论从UPS或从系统着手,如何让UPS随着IT负载增减,调整到最佳的输出效能,正是目前努力的目标。


不以满载为期待 UPS与机房观察最适化效率


等同于PUE呈现的,多是UPS的负载效率,这里主要指的是「满载效率」,也被称为标称效率Nameplate Efficiency,也就是在设备负载100%底下的最高使用效率。近年来,UPS的满载效率,亦从过去的88%至90%,提升到现在的超过90%,甚至可高达99%的高效率,但这样的「成绩」是否真能符合需求,其实不无疑虑。


由于系统负载只要超过负荷,为了避免危险发生就可能因此而跳机,所以达到满载效率的机会其实不高;而厂商也不会为了提高效率,甘愿冒着跳机的风险,于是从近年开始,厂商也开始专注于不同程度的负载,所提供之效率的提升来进行研究,多家厂商也在于UPS在10%至35%的正常负载值下提升效率,也达到了相当的成果。


当然,接近满载时UPS等设备效率的确较高,厂商除了针对单一UPS设备的最适负载时的效率提升外,如何提升一定程度的负载量来达到效率的最佳化,也是一种选择;因此部分厂商也透过「模组化」UPS装置的模式,让系统负载降低时,智慧地关闭部分模组,适当的将UPS的负载提升,以达到较佳的负载效率,也成为厂商设计UPS系统的一个选项。


此外,在资料中心与机房中,UPS仅是系统中的一环,在追求效率的同时,仍需要针对机房进行完整规划。系统性思维方式是机房建置另一关键转变,除了继续研发高效、节能的UPS,还跨入由UPS衍生而出的整体整个架构节能,包括电源和制冷服务等项目,高效率的设备仅为高效的第一步,如何达成更完整效能化,将是后续关注的重要议题。


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