在IT行业机房普遍指的是电信、网通、移动、双线、电力以及政府或者企业等,存放服务器的,为用户以及员工提供IT服务的场所,小的几十平米,一般放置二三十个机柜,大的上万平米放置上千个机柜,甚至更多。机房里面通常放置各种服务器、小型机和各种保障机房温度、湿度和电力的基础设施。随着科技的进步和信息化进程的推进,IT机房的重要性越来越高,没有了机房的信息保护和数据处理,工作、生活都会受到极大不便,企业的正常运行也会受到严重影响。
正是因为数据中心地位的凸现,保护数据中心电力安全的UPS电源(不间断电源系统)取得了突飞猛进的发展。在UPS电源行业中,由于使用环境、功率段和销售类型的不同,对UPS电源有不同的划分。通常情况被划分为IT、SI(系统集成)和LSG(大型三相系统),在这里所提到的IT机房是指部门级的服务器机架数量在1-5个的小型数据中心。
通常情况下,我们很少关注电力问题,除了断电。现在有一种常见的误解,就是认为我们的市电,除了偶尔发生的断电事故外,是连续而且稳定的,其实不然。市电系统作为公共电网,上面连接了成千上万各种各样的负载,其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能,还会反过来对电网本身造成影响,恶化电网的供电品质。另外意外的自然和人为事故,如地震、火灾、雷击、输变电系统短路等,都会危害电力的正常供应,从而影响负载的正常工作。
其实,我们的电网就像一个河流,里面流淌着看似清澈的河水,但是当我们需要饮用或有更高要求时,我们才发现水质存在各种各样的问题。体现在电力问题方面就是,科技的进步要求对精密仪器和信息处理系统有足够的保护。根据电力专家的测试,电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有以下9种:停电、电压下陷、突波、欠电压、过电压、切换瞬变、电子噪音、频率波动和谐波失真。我们将之成为威胁IT电力问题的9大难题。
UPS意为“不间断电源”,是“Uninterruptible Power Supply”的缩写,它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘,使其不致因停电而影响工作或丢失数据。从其发展历史来说,UPS电源经历了两个阶段:旋转式UPS电源和静态变换式UPS电源。
旋转式UPS电源由整流器、电池、直流电动机、柴(汽)油机、飞轮和发电机组成。在市电供电情况下,电动机带动飞轮和发电机给负载供电;当断电后,由于飞轮的惯性作用,会继续带动发电机的转子旋转,从而使发电机能持续给负载提供电源(电能-动能-电能),起到缓冲的作用,同时启动柴(汽)油机。当油机转速与发电机转速相同时,油机离全器与发电机相连,完成从市电到油机的转换。这是UPS的较早形式,尽管其维护简单,也比较稳定,但系统庞大,操作不便,而且效率低,噪声大,电力品质不高,技术条件的限制迫使人们不得不采用这种最简单的解决方案。
随着电脑网络、医疗器械和精密仪器的不断涌现和大量应用,旋转式UPS已难以满足要求。因此随着电力电子技术的发展,另一种形式的UPS---静态变换式UPS便应运而生了,这是我们目前最常见到的UPS类型。从技术上讲,静态式UPS分为三类:离线式(OFF LINE)、在线式(ON LINE)和在线互动式(ON LINE INTERACTIVE)。
一般来说,这种UPS主要有两种工作状态,分别工作于不同的市电环境下。当市电正常时,(指UPS可以接受、认可的电压幅值、频率和波形比负载接受的范围要大),由市电通过UPS给负载供电。UPS对市电进行滤波、稳压和稳频调整后,提供给负载更加稳定和洁净的电源。同时,UPS通过充电器把电能转变为化学能储存在电池中。当UPS侦测到市电异常时,切换到电池供电,通过逆变器(INVERTER)把化学能转变为交流电能,供给负载,以保证对负载的不间断电力供应。这种UPS还有一种旁路(BYPASS)工作状态,它在刚开机或机器故障时,可以把输入经高频滤波后直接输出,保障对负载的供电。
纯在线式和后备式
从工作原理上UPS可分为后备式(OFF LINE )和在线式(ON LINE )两种。从备用时间上则可分为标准型和长效型两种。
从原理上看,在线式UPS同后备式UPS的主要区别在于,后备式UPS在有市电时仅对市电进行稳压,逆变器不工作,处于等待状态,当市电异常时,后备式UPS会迅速切换到逆变状态,将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电,因此后备式UPS在由市电转逆工作时会有一段转换时间,一般小于10ms,而在线式UPS开机后逆变器始终处于工作状态,因此在市电异常转电池放电时没有中断时间,即0中断。
2、在线互动式
UPS除了以上两种类型外,还有一种称为在线互动式(Line-Interactive)。所谓在线互动式UPS,是指在输入市电正常时,UPS的逆变器处于反向工作给电池组充电,在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作,将电池组电压转换为交流电输出,因此在线互动式UPS也有转换时间。
同后备式UPS相比,在线互动UPS的保护功能较强,逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波,而其最大的优点是具有较强的软件功能,如可随机带有一些监控软件,可以方便的上网进行UPS的远程控制和智能化管理。