数据中心电源系统的节能设计

摘要:在当前的社会中,能耗问题已经成为了一个较为严重的问题,在节能减排的发展趋势下,数据中心能耗问题受到了越来越多人的关注。对于数据中心能耗来说,IT设备电源供应器的性能会对其产生较大的影响。基于此,本文着重分析了IT设备电源供应器性能对数据中心能好的影响,并对高性能电源供应器的实现进行了研究。

关键词:IT设备;电源供应器;性能;数据中心;能耗

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前言

通信行业是我国的一个重要行业,在通信行业当中,每年的耗电量均超过了300亿kWh。随着互联网技术的发展及应用,在运营商数据中心,耗电量占比正在逐渐增加。随着社会经济的快速发展,经济结构的不断完善,数据中心能耗问题将会更加严峻。因此,数据中心的节能减排问题就具有了更为重要的意义。对于数据中心能耗来说,IT设备电源供应器的性能会对其产生较大的影响。因此,应当致力于研究和实现高性能电源供应器,从而降低数据中心的能耗,实现良好的可持续发展。

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数据中心能耗分析

在数据中心当中,能耗主要来自于存储器、服务器等IT设备,以及办公照明、空调系统、供配电系统等物理基础设施。其中,两个部分的能耗大约各占50%,对于IT设备来说,电源供应器大约找到20%的能耗。而基础物理设备中,供配电系统、空调系统等能耗较大。对于基础物理设备,主要采用新型节能技术,例如高压直流供电技术、空调变频技术、精确制冷技术、自然冷却技术等。而对于IT设备来说,能耗控制主要在于主功能单元的节能运行[1]。不过,在IT设备电源供应器方面,因为其主要是原始设计商的产品,因而用户通常会对IT设备电源供应器的能耗控制有所忽视。

03

IT设备供电分析

3.1效率模型分析

通过对IT设备供电效率模型的建立,分析IT设备能耗问题。在当前很多数据中心IT设备中,都应用了UPS供电技术。在传统供电中,变压器对市电进行降压,在谐波治理、低压配电的基础上,为UPS提供不间断电源,通过PDU向IT设备分配。在以上各个环节中,都会造成电能损耗。其中能耗最大的在UPS环节,其运行效率通常为90%左右,而如果UPS系统冗余配置较高,负载率较低,则运行效率还会更低[2]。因此,在这种情况下,当IT设备电源供应器提高1%的效率,能够降低1.18%的能量损耗。同时,以3.2的空调能效比计算,空调系统耗电量可下降0.37%,因此数据中心能耗可降低1.55%左右。

3.2输入功率因数影响

IT设备电源供应器的输入功率因数,也会对数据中心能耗产生影响。因此,如果电源供应器输入功率因数较高,中性线电流、相电流就会相对较低,在电流传输当中,能耗也可得到降低。同时,能够对供配电系统电源质量进行提升,对系统设备运行环境、设备可靠性等进行改善。80 PLUS认证是国际上较为认可的认证标准。经过80 PLUS认证的电源供应器,能够降低80%左右的中性线电流和40%左右的相电流。同时,均具有典型正弦波形的电流波形,在波形畸变率、峰值电流等方面,也要小于常规的电源供应器。

04

高性能电源供应器实现

4.1电源供应器转换效率提升

IT设备电源供应器从以往的线性电源转变为开关电源,转换效率得到了极大的提升。不过由于开关电源功率传输及电源管理过程损耗的影响,因此转换效率再次提升的难度较大。对此,通过应用新的元器件和技术手段,能够继续提升高性能电源供应器的效率,最高可达95%左右[3]。输入交流电源经EMI滤波,由DC-DC、PFC等转换功率,形成电压等级不同的低压直流电元,对IT设备各个功能元件进行供电,能够实现能耗的进一步降低。因此,为了使电源供应器的效率得到提升,应当从各个功能单元或元器件着手。

4.2电源供应器功率因数提升

在当前的实际应用中,很多功率因数校正电路,仍然应用了升压拓扑结构,对有源功率因数校正技术进行应用,从而能够提升电源供应器功率因数,使其达到0.99以上。此外,在行业内,正在研究和应用无桥PFC、交错式PFC、降压拓扑结构PFC等技术,从而能够进一步降低能量损耗,实现功率因数的进一步提升。

05

结论

在当前社会中,各行各业都在倡导节能减排的发展趋势,对于通信行业来说,由于数据中心的高能耗问题,使得节能减排效果并不理想。在数据中心当中,IT设备电源供应器是一个容易被忽视的部分,而其具有较大的节能减排潜力。因此,基于研究IT设备电源供应器性能对数据中心能好的影响,对高性能IT设备电源供应器进行应用,能够实现更为理想的节能降耗目标。

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