数据中心双路供电最佳效率模型分析

如采用新的双路供电模式,既采用一路市电、一路高压直流电源为IT设备供电,可有效降低UPS设备的工作损耗。

①工作模式一(均分模式)情况下,市电供电回路侧的电源转换损耗将降低至最低,而高压直流电源侧的工作效率比同负载率的UPS设备高1%～2%左右,因此新的双路供电系统的工作效率比UPS双总线系统高3%～8%;

②工作模式二(主备模式)情况下,市电供电回路侧的电源转换损耗将降低至最低,配电线路损耗略有提高,而高压直流电源侧将处于空载运行状态,综合考虑新的双路供电系统的工作效率比UPS双总线系统高8%～12%,此时高压直流电源设备的空载损耗将对整个系统的效率产生明显的影响,高压直流电源设备的空载损耗越低整个系统的工作效率越高,工作效率计算公式为

(2)

针对IT设备电源侧,忽略交流或直流配电线路上的损耗,IT设备双路电源的整体供电效率依赖于两路电源模块不同工作模式及输入电源的制式。IT设备双路电源模块总的效率计算公式为

(3)

式中,X—第一路电源模块的负荷比例;

η1—第一路电源模块的供电效率;

η2—第二路电源模块的供电效率。

由式(3)可看出,η是由可变的带载百分比X,以及由于X的变化导致的η1和η2的变化共同决定的,而η1和η2又由两路供电线路的电源系统效率特性曲线所影响,当采用市电主用高压直流热备的工作模式时,可简单认为X=1。所以要获得η的最大,需要合理选取X(第一路电源模块的负载比例),公式(3)中没有体现电源模块空载状态的内部损耗,如IT设备的电源模块空载损耗过大,则会降低整个系统的输出效率。因此不能简单认为100%由市电供电,即X=1就可获得最大效率输出。

依据式(3),影响IT设备电源模块效率的关键因素包括η1,η2效率曲线及电源模块的损耗。电源模块的效率与负载率关联曲线参见图5,负载率在50%时,效率达到最高点,因此如不考虑电源模块的空载损耗,同时IT设备工作在电源模块满负荷情况下,则IT设备双路电源模块选择均分工作模式时，也即每个模块输出50%负荷时，整体工作效率最高。

服务器电源模块存在三种工作工况:

①铭牌功率:指的是服务器电源铭牌功率;

②最大工况:指的是服务器系统工作在最大用电负荷时耗电功率;

③典型工况:CPU工作在100%利用率时耗电功率。

从图5中可以注意到服务器最大工况是铭牌额定值的80%,这是因为服务器厂家在选择电源模块时考虑20%的功率富余。而典型工况大概是铭牌额定值的67%。事实上服务器正常工作时的功耗小于典型工况。参见图5,以电源模块负载率50%为对称轴,负载率高于50%时,效率值略有下降,但高于对称负载率低于50%处。假定电源模块损耗可分为固定的空载损耗和可变的负载损耗,根据实际测试数据,空载损耗可控制不高于铭牌额定值的1.5%左右。基于以上三个因素,IT设备双路电源模块选在主备模式时(主用模块负担100%,热备模块负担0%),整体工作效率处于最佳状态。

4 市电直供影响及对应措施

（编辑：网站开发网_安阳站长网）

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