數據中心通過確保電力永不中斷來確保持續正常運行和可用性。但如果電網中斷或電力系統出現故障，設施如何維持 IT 負載?

　　全球大多數數據中心都使用不間斷電源和備用柴油發電機，當檢測到電網斷電時，備用柴油發電機就會啟動。接下來，讓我們深入了解不間斷電源技術及其如何確保負載的可用性。

　　不間斷電源 (UPS) 位于公用電網和數據中心之間，為設施提供電力。電力來源可以是電網本身，也可以是在電網中斷的情況下，由可短時間向設施供電的本地能源提供。

　　根據其能源來源，UPS 分為兩類 - 靜態式和旋轉式。顧名思義，旋轉 UPS 系統將能量存儲在旋轉飛輪中，飛輪充當發電機，在需要時將電力輸送回數據中心。靜態 UPS 系統使用電池。后面，我們在繼續探討靜態和旋轉 UPS 系統的比較特性。

　　目前，了解 UPS 系統制造商如何表示和命名其產品非常重要。

　　IEC UPS 標準

　　IEC 62040-3：UPS - 指定性能和測試要求的方法是一種標準，可確保供應商使用相同的命名約定，幫助用戶根據其需求選擇最佳產品，并提供性能驗證的測試要求。

　　由于 UPS 為設施提供電力，因此其輸出性能通過三種方式來衡量：

　　輸入依賴性 (AAA) - 輸出電壓取決于輸入電壓的質量。輸入依賴性有三種分類

　　輸出電壓波形 (BB) - 以兩個字符表示。第一個表示在正常模式下(使用公用電源)運行時的輸出電壓波形，第二個表示在儲能模式下(來自電池)運行時的輸出電壓波形：

　　低總諧波失真 (THD) 正弦波 - 用 S 表示

　　中等總諧波失真 (THD) 正弦波 - 用 X 表示

　　非正弦波，用 Y 表示。

　　輸出電壓波形有 9 種可能的組合，但最常見的兩種類型是正弦 (S) 和非正弦 (Y)。幾乎所有額定功率高于 2kVA 的 UPS 都標記為 SS，而額定功率低于 2kVA 的 UPS 通常標記為 SY。

　　動態輸出性能 (CC) - 動態輸出性能表示操作模式改變時發生的輸出電壓變化 - 即從電網切換到電池(第一個字符)以及系統負載增加或減少時(第二個字符)這些電壓波動分為三類：

　　操作模式

　　許多不間斷電源可以在幾種正常模式下運行，這些模式按照 IEC 標準具有不同的輸出性能特性。

　　雙轉換在線式UPS在正常模式下具有VFI輸出性能，在高效正常模式下具有VFD輸出性能。本質上是在輸出獨立性和UPS能耗之間進行了權衡。

　　主要有三種操作模式：

　　正常模式 - UPS 使用交流輸入電源(公用設施)向負載供電，并且儲能裝置(電池/飛輪等)已連接并正在充電或已充滿電。

　　高效正常模式 - UPS 將電力從交流輸入電源直接推送到負載，以提高效率。

　　儲能模式 - 由于交流輸入電源出現斷電或超出允許的電壓或頻率范圍，UPS 使用其儲能裝置(電池/飛輪)為負載提供直流電。

　　UPS的雙重作用

　　UPS 在設施中的作用不僅是在斷電時保持 IT 負載正常運行，而且還要從其儲能設備提供高質量、清潔的直流電。電網和公用事業會受到多種電能質量問題的影響，這些問題源于燃料組合、使用年限和地理位置。UPS 可以“清理”電源以消除這些問題。

　　IEEE 標準 1100-2005 為商業界和電力行業在提及電能質量問題時提供了一個通用的命名法，并根據正弦波的形狀將其分為七類：

　　短暫的

　　中斷

　　欠壓

　　過壓

　　波形失真

　　電壓波動

　　頻率變化

　　瞬變

　　瞬變是最具破壞性的電能質量問題類型，根據其發生方式，瞬變可分為兩類 - 脈沖和振蕩。

　　脈沖瞬變是一種突然的高峰值事件，可提高電壓和/或電流。脈沖瞬變的例子包括雷電(以及隨之而來的電磁場)、ESD(靜電放電)和接地不良。

　　簡單來說，振蕩瞬變是一種瞬變，它會導致電源信號迅速上升然后迅速下降。這通常發生在關閉電感或電容負載時 - 想象一下剛剛關閉的旋轉電機 - 當電機旋轉減速時，它就像發電機一樣產生電流，并推動電流通過更寬的電路，直到停止。

　　中斷

　　中斷是指電源電壓或電流的完全丟失。根據中斷時間長度，可將其分為瞬時中斷(0.5 至 30 個周期)、短暫中斷(30 個周期至 2 秒)、暫時中斷(2 秒至 2 分鐘)或持續中斷(超過 2 分鐘)。

　　欠壓

　　電壓暫降本質上是指交流電壓在給定頻率下持續 0.5 個周期至 1 分鐘的下降。電壓暫降通常是由系統故障或啟動電流很大的設備(如大型空調機組)引起的。

　　欠壓是長期問題導致電壓驟降的結果。術語“電壓下降”通常用于描述這種情況，欠壓會導致非線性負載(如計算機電源)故障，并可能導致電機過熱。

　　電壓驟升和過壓

　　突升與突降相反，突升是指交流電壓在 0.5 個周期至 1 分鐘的時間內出現上升。突升的常見原因是三相系統中突然出現大量負載減少和單相故障。

　　與欠壓一樣，過壓也是長期問題導致電壓驟升的結果。持續的過壓情況會因為額外電壓的壓力而增加設備的發熱量，從而對數據中心空間造成極大損害。

　　波形失真

　　此類別包括正弦波中存在的所有失真，并進一步分類如下：

　　a. 直流偏移 - 當直流電流被引入交流配電系統時就會發生這種情況 - 最常見的原因是大多數數據中心使用的當前交流到直流轉換系統中的整流器故障。

　　b. 諧波 - 表示基頻正弦波在頻率為基頻倍數時發生失真 - 120Hz 是 60Hz 基頻的 2 次諧波。其影響包括變壓器過熱、斷路器跳閘和同步丟失。

　　電壓波動

　　電壓波動本質上是電壓波形的系統性變化，變化幅度較小 - 頻率較低(通常低于 25Hz)，約為標稱電壓的 95% 至 105%。

　　頻率變化

　　這是穩定的公用電力系統中極少發生的電能質量問題。對于電力基礎設施較差且發電機負荷較重的數據中心站點而言，這確實是一個問題。

　　話雖如此，IT 設備具有頻率耐受性，不會受到所連接動力系統頻率的微小變化的影響。然而，頻率變化可能會導致電機旋轉得更快或更慢(具體取決于輸入功率)——這將影響其使用壽命和性能。

　　所有上述詳細問題的解決方案都是由不間斷電源來實現的，它從公用事業公司獲取交流電，用它為其儲能設備充電，然后向 IT 大廳提供干凈的正弦波和高質量電源。

　　通過切換機制，即使在電網長時間斷電的情況下，UPS 也能保持電池充電并隨時準備運行，而不會對 IT 負載或 IT 設備產生影響。

　　冗余、關鍵性和“N”

　　我們現在了解了設施如何避免電力中斷，但如果設施中的設備本身出現故障怎么辦?這就是 UPS 系統冗余發揮作用的地方。

　　一個能夠提供IT負載所需的滿負載而僅此而已的UPS系統用“N”表示，其中的能量由N個子系統或組件提供。

　　“N+1”系統有一個附加組件，旨在支持單一故障或任何其他組件所需的維護。2N 代表完全冗余的鏡像系統，具有兩個完整、獨立的分發系統。

　　它們完全獨立，互不依賴，這意味著即使整個系統發生故障，另一個系統也可以安全地處理負載。UPS 是防止斷電和停機的第一道防線。首先，它調節、轉換和凈化交流電，將其轉換為直流電，以備 IT 設備使用;其次，它糾正了困擾任何電網的大量質量問題。

　　不存在一種適合所有情況的 UPS 設計 - 所有者和運營商需要通過衡量 IT 負載和環境、業務目標和預算等因素來仔細考慮他們的要求。