前不久，在“思無界·設享未來——維諦技術（Vertiv，NYSE：VRT）2020設計院高峰論壇”上，中國科學院計算所高階工程師李成章、維諦技術(Vertiv)中國區ACP解決方案部總經理李旭，全面解析了傳統高頻UPS可靠性和能效的瓶頸，並分享了雲中心UPS供電系統的創新方案。
傳統高頻UPS面臨哪些實際痛點近年來，由於雲計算、大資料等技術的發展，在資料中心UPS供電系統的建設中，越來越多地應用高頻UPS供電方案。而推動這一發展趨勢的原因之一就是，高頻UPS產品具有效率更高、佔地面積更小、重量更輕等優異特性。不過，高頻UPS在具備效能優勢的同時，傳統方案技術研發上也存在的一些短板。
李成章介紹，從技術層面而言，傳統高頻UPS在提高效率方面，主要採取了兩個技術措施，一是以升壓型IGBT技術替換損耗較大的變壓器，二是利用接觸器取代逆變器輸出端的SCR型靜態開關。基於在技術層面的改進，的確可以透過應用高頻UPS產品來提升執行效率，降低供電系統的損耗，從而達到節能降耗的目的。
中國科學院計算所高階工程師 李成章
值得注意的是，對於採取升壓型的IGBT整流設計的第一代高頻UPS而言，在獲得效率提升等諸多優點的同時，也付出了故障率相對增高導致可靠性降低、使用壽命相對縮短的代價。究其原因，就是IGBT整流器的抗瞬態高壓侵入的保護能力變差，以及輸入功率因數為電容性。由於抗瞬態輸入過壓保護能力較差，容易導致UPS出現無故障先兆的突發性事故;而輸入功率因數為電容性，則容易導致柴油發電機出現輸出電壓異常升高,帶來自動關機等隱患。
李成章同時強調，UPS並機功率模組數量過多還會導致“並機環流”問題更加突出，而且還會使得系統調控難度相對加大。同時，傳統高頻UPS還有一個很重要的問題，就是如果電池組“帶N線”還會存在更多故障隱患，進一步降低系統的可靠性。
針對如何突破傳統高頻UPS的弊端，李成章表示，新一代增強型高頻UPS透過配置抗瞬態輸入過壓保護部件，消除UPS輸出閃斷/停電等故障隱患；配置防誤關閉整流器保護功能，消除電池異常放電故障隱患；輸入功率因數為電感性，有利於消除發電機的輸出電壓異常升高等故障隱患。基於在技術層面上的針對性改進，相比較而言，新一代增強型高頻UPS擁有更高的可靠性、更佳的可維護性、更高的效率以及更強的帶載適應能力。
創新方案匹配最佳供電顆粒度事實上，在新一代增強型高頻UPS的研發上，維諦技術（Vertiv）已經首開先河，以給使用者提供更加穩定、可靠和高效的高頻UPS產品為出發點，在市場上成功推出了Vertiv Liebert®eXL系列大功率UPS，以針對性的研發設計解決了傳統高頻UPS面臨的各種問題。
不久前，由中國電子節能技術協會和國家節能中心指導、資料中心節能技術委員會主辦的“2020中國資料中心市場年會（第十屆）”上，Vertiv Liebert®eXL S1系列高頻一體化大功率UPS，便憑藉創新的研發設計榮膺“雲計算中心科技獎卓越獎——技術開發類卓越獎”殊榮，充分證明了這款產品在實際應用中的出色效能、節能創新獲得了行業的高度認可。
李旭介紹說，Liebert®eXL系列大功率UPS採用了大容量一體化功率單元以及單相400KVA獨立體系設計，A、B、C三相模組互相獨立的，相互之間沒有任何影響，可以最大限度保證基因上的可靠性，而且獨立風道的設計更進一步提升了系統可靠性。從整體可維護性的角度來說，Liebert®eXL系列大功率UPS採用的是模組化設計，任何一個點出現故障，可以快速標準化地進行模組化的維修維護。
維諦技術(Vertiv)中國區ACP解決方案部總經理 李旭
在執行效率上，Liebert®eXL系列大功率UPS的整流器和逆變器都採用三電平技術，雙變換模式效率高達97%，並可透過智慧並聯提升輕載下的效率；而且在最新推出的動態線上模式中，該裝置能提供高達99%的執行效率。同時，這款產品基於創新的輸入功率因數調控技術和配置抗瞬態輸入過壓元件，有效解決了傳統高頻UPS面臨的實際痛點。
值得一提的是，基於創新的研發設計，Liebert®eXL系列大功率UPS 400kVA的一體化模組也匹配了資料中心供電系統的最優顆粒度。李旭表示，雲資料中心在供配電系統建設上受限於多種因素，比如伺服器機櫃的數量、建築的數量等等，而最重要的是受限於變壓器系統。根據實踐來看，2.4MVA是最為適合大型雲資料中心的供電顆粒度。
李旭指出，傳統UPS方案在匹配供電最佳顆粒度上面臨著很多挑戰，比如，統並聯臺數增加導致的可靠性下降，供配電系統佔地面積增加擠佔主裝置規劃空間，單場地上百臺UPS導致運維成本與運維難度增大，與配電系統預製化整合困難、現場施工工期長等等。
相比於“4*600K並機+鉛酸蓄電池+雙變換線上”的傳統方案，維諦技術（Vertiv）推薦“2*1200K並機+鋰電池+動態線上”的創新方案。在裝置同樣提供5年質保的使用場景下，採用1.2MVA鋰電池創新方案，UPS主機及輸入輸出配電CAPAX下降13%，含鋰電池總體CAPAX可維持不變，並且可節省56% UPS及低壓配電佔地面積，IT機櫃出櫃率提升8%。同時，方案採用高可靠鋰電池系統，對比鉛酸電池會節省近70%的電池間佔地面積，而且維諦技術（Vertiv）針對鋰電池系統特別採用了底層“芯”級保護、被動快速防護、主動脫離的“三維立體保護”設計，確保鋰電池應用的實現更高的安全性及可靠性。
匹配供電最佳顆粒度的創新方案另一個顯著優勢，是動態線上模式替換了雙邊換模式。動態線上就是將市電和逆變進行有機結合，99%的能量是市電提供，逆變是補償關鍵1%的電網波動和負載諧波，能夠極大降低UPS能耗，大幅降低運營成本。如果一套系統在十年時間採用這種模式，節省的電費可以購買1.5套相同UPS系統。
李旭最後強調，針對大型雲資料中心建設，維諦技術（Vertiv）基於Liebert®eXL系列大功率UPS的最佳供電顆粒度創新方案，能夠在投資成本、佔地、運營成本三個重要維度為客戶提供可量化的應用價值。