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APC精密空調(diào)稱市場(chǎng)對(duì)改善數(shù)據(jù)中心效率的不斷訴求，掀起了數(shù)據(jù)中心供電與制冷技術(shù)的創(chuàng)新浪潮。一種被廣泛討論的能源效率方案是將數(shù)據(jù)中心的電源架構(gòu)從目前的交流架構(gòu)轉(zhuǎn)換為直流架構(gòu)。一些暢銷的報(bào)刊和技術(shù)雜志紛紛發(fā)表文章，暢談直流配電的優(yōu)點(diǎn)，Inb、施耐德電氣旗下 APC 和 Sun Microsystems 等公司還參與了相關(guān)的技術(shù)演示項(xiàng)目。目前，能真正在數(shù)據(jù)中心內(nèi)應(yīng)用的配電方法共有五種，包括兩種基本的交流配電方法，以及三種基本的直流配電方法。與此相關(guān)的第 63 號(hào)白皮書《數(shù)據(jù)中心交流與直流配電綜述》對(duì)這五種類型進(jìn)行了說明和分析。該白皮書的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)，是這五種配電方法中有兩種方法可提供出眾的電氣效率，其中一種是交流配電方法，另一種是直流配電方法。已發(fā)表的文獻(xiàn)也普遍支持這一結(jié)論。本白皮書專門針對(duì)這兩種效率高的配電方法進(jìn)行比較。除非數(shù)據(jù)中心的供電技術(shù)發(fā)生大幅改進(jìn)，否則這兩種方法中的一種將很可能成為未來數(shù)據(jù)中心的配電方法。本白皮書在介紹交流配電系統(tǒng)時(shí)，所用的效率性能數(shù)值均源自可在當(dāng)今市場(chǎng)上購買到的實(shí)際設(shè)備。由于目前市場(chǎng)上尚未推出商業(yè)直流配電系統(tǒng)，因此直流配電系統(tǒng)的效率數(shù)值則基于新的樣本數(shù)據(jù)、估算數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果。本白皮書中使用的所有效率數(shù)值均輔有相應(yīng)的例證和參考資料，以便讀者對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試和驗(yàn)證。配電效率的變化可影響數(shù)據(jù)中心的總耗電量。但是，這種影響很難通過數(shù)學(xué)方式進(jìn)行量化，原因有兩點(diǎn)： 1. 配電效率的變化會(huì)影響熱量負(fù)載，進(jìn)而影響空調(diào)的功耗。 2. 數(shù)據(jù)中心中有大量的功率負(fù)載并不通過所分析的配電系統(tǒng)供電。本白皮書將詳細(xì)介紹這些影響，并通過量化方式說明配電效率的提高如何降低總耗電量。背景目前，一些現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心由于采用了較差的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及舊式的配電技術(shù)，運(yùn)行效率十分低下。施耐德電氣 發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心（不包括制冷系統(tǒng)）在運(yùn)行時(shí)的供電系統(tǒng)的效率一般只有 30%，有時(shí)甚至更低。由于這種效率低下的狀況在很大程度是可以避免的，因而有大量的電能被白白浪費(fèi)掉了。這種情況主要是由下列因素造成的： • IT 設(shè)備的電源效率低下 • 基于變壓器的配電柜（PDU) 效率低下 • UPS 系統(tǒng)效率低下 • 運(yùn)行負(fù)載遠(yuǎn)低于系統(tǒng)的額定設(shè)計(jì)，這進(jìn)一步增加了以上各項(xiàng)的電能損耗在過去三年中，IT 設(shè)備的電源與 UPS 系統(tǒng)在效率方面得到了顯著改進(jìn)。這意味著，現(xiàn)在安裝的交流配電系統(tǒng)通常比五年前安裝的系統(tǒng)要高效得多。此外，可擴(kuò)展的模塊化 UPS 系統(tǒng)的問世，使數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)負(fù)載輕松適當(dāng)調(diào)整 UPS 的容量，有助于避免過去常常因整體利用率不足而造成電力效率低下的情況?；谧儔浩鞯呐潆姽?仍是造成北美很多數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)電能損耗的一個(gè)重要根源，但北美之外的地區(qū)則沒有這種情況。本白皮書中分析的交流系統(tǒng)采用 400/230 V 的歐洲配電標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)在北美地區(qū)應(yīng)用 400/230 V 交流配電標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)討論，請(qǐng)參見第 128 號(hào)白皮書《應(yīng)用改進(jìn)型高密度配電系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)中心效率》。有人認(rèn)為，直流配電方法可以實(shí)現(xiàn)更高的效率，這基于下面三個(gè)假定： 1. 也許可以生產(chǎn)出效率比交流 UPS 更高的直流 UPS 2. 配電柜 (PDU) 中不再有變壓器，有助于減少電能損耗 3. 改進(jìn) IT 設(shè)備電源本身的效率也許比改進(jìn)交流輸入設(shè)計(jì)更為有效簡介數(shù)據(jù)中心交流與直流配電綜述資源鏈接第 63 號(hào)白皮書應(yīng)用改進(jìn)型高密度配電系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)中心效率資源鏈接第 128 號(hào)白皮書數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 3 本白皮書對(duì)所有這些設(shè)想進(jìn)行了量化分析，并得出以下結(jié)論： • 新一代交流 UPS 系統(tǒng)的能耗是舊式交流 UPS 的五分之一，沒有進(jìn)一步證據(jù)表明，可以研制出效率更高的直流 UPS • 配電柜中的變壓器是效率低下的一個(gè)重要根源，但北美之外的地區(qū)并沒有在 配電柜中使用變壓器，且新型的高效交流配電架構(gòu)中也沒有變壓器 • 在將 IT 設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換為直流輸入后，其效率的實(shí)際改進(jìn)程度要比初設(shè)想的低得多許多已發(fā)表的文章預(yù)期，直流配電方法在效率方面可比交流配電方法提高 10% 到 30%。但是，正如您不會(huì)將新型服務(wù)器技術(shù)與十年前生產(chǎn)的服務(wù)器進(jìn)行性能對(duì)比一樣，將假想的直流配電系統(tǒng)與舊式的傳統(tǒng)交流配電系統(tǒng)進(jìn)行效率對(duì)比，也是不恰當(dāng)?shù)摹１容^過去 與未來的可選方案并沒有多大意義，重要的是將現(xiàn)在 與未來的可選方案進(jìn)行對(duì)比。本白皮書中的數(shù)據(jù)表明，目前好的交流配電系統(tǒng)已經(jīng)與假想中的未來直流系統(tǒng)幾乎具備相同的效率，那些暢銷報(bào)刊中關(guān)于效率提升的大多數(shù)論述都不準(zhǔn)確或存在誤導(dǎo)，甚至是錯(cuò)誤的。與關(guān)于這一課題的幾乎所有其他文章和論文不同的是，本白皮書中使用的所有量化數(shù)據(jù)都輔有例證和參考資料。正如簡介中所述，要建造未來的高效數(shù)據(jù)中心，目前有兩種配電系統(tǒng)可供選擇。其中一種系統(tǒng)基于現(xiàn)有的主流 400/230 V 交流配電系統(tǒng)，目前北美和日本之外的所有數(shù)據(jù)中心幾乎都采用這一系統(tǒng)。另一種系統(tǒng)則基于概念型 380 V 直流配電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)專為改造成可使用直流電的 IT 設(shè)備供電。圖 1 和圖 2 為這兩種系統(tǒng)的圖示。圖 1 表示種選擇。這是在北美和日本之外普遍采用的一種交流配電系統(tǒng)。請(qǐng)注意，在目前北美地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的配電系統(tǒng)中，UPS 電壓為 480 V 交流電，因此圖示中應(yīng)添加另一個(gè)圖塊，以表示將 480 V 交流電轉(zhuǎn)換為 208/120 V 交流電的配電柜變壓器。此圖中略去了配電柜的變壓器及其關(guān)聯(lián)的損耗，因?yàn)樵谙?230 V 的 IT 負(fù)載供電時(shí)，沒有必要降低 UPS 的輸出電壓。圖 2 展示了第二種選擇。這是一種假想的 380 V 直流配電方法。為使這一假設(shè)成立，需要設(shè)計(jì)出以 380 V 直流電運(yùn)行的 IT 設(shè)備。文獻(xiàn)中曾針對(duì)這種系統(tǒng)提出了多種不同的直流電供電電壓，例如 300 V、380 V、400 V 和 575 V。但是，各種文獻(xiàn)資料逐漸就此問題達(dá)成一致，認(rèn)為應(yīng)將 380 V 左右的電壓作為標(biāo)準(zhǔn)，本白皮書中的分析就是基于 380 V 的直流系統(tǒng)。請(qǐng)注意，對(duì)于同一系統(tǒng)而言，380 V 直流電和 400 V 直流電是兩個(gè)根本不同的概念。兩種高效的配電選擇交流 UPS IT 負(fù)載 400/230 V AC 圖 1 高效交流配電系統(tǒng)（在北美之外普遍使用）直流 UPS IT 負(fù)載 380 V AC 圖 2 高效直流配電系統(tǒng)（假想）數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 4 分析概覽以下部分介紹本模型的總體結(jié)構(gòu)，以及為支持這一模型而需要量化的數(shù)據(jù)。了解這些信息將有助于讀者理解本白皮書的內(nèi)容。供電線路的三個(gè)部分圖 3 顯示了典型數(shù)據(jù)中心在采用高效配電系統(tǒng)時(shí)的基本供電線路。請(qǐng)注意，這里沒有配電柜，因?yàn)橐治龅膬煞N配電方法都不需要 配電柜。此供電線路分為三個(gè)部分： • UPS • 配電布線 • IT 設(shè)備的電源 (PSU) 本模型的效率數(shù)據(jù)本白皮書的后續(xù)部分將分別考察這三個(gè)供電線路部分的效率數(shù)據(jù)并加以量化。其目標(biāo)是將效率數(shù)據(jù)建立為負(fù)載的函數(shù)，從而繪制出供電線路中每個(gè)部分的效率曲線（如圖 3 底部的形狀所示）。隨后，這些效率數(shù)據(jù)將被納入分析模型，以便對(duì)現(xiàn)有電源配置與假想電源配置的效率進(jìn)行比較。效率曲線上之所以標(biāo)出負(fù)載為 50% 的位置，是因?yàn)楸灸Ｐ椭械幕鶞?zhǔn)案例將使用負(fù)載達(dá)到 50% 時(shí)的效率數(shù)值。 IT devices 后續(xù)部分將分別考察每個(gè)部分的效率曲線 UPS 布線 電源圖 3 數(shù)據(jù)中心的供電線路：三個(gè)部分、三條效率曲線負(fù)載效率效率效率負(fù)載 負(fù)載設(shè)備數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 5 本模型的基準(zhǔn)運(yùn)行負(fù)載 (50%) 以上數(shù)據(jù)清楚地表明，配電系統(tǒng)中的設(shè)備效率并非一成不變，而是隨著所應(yīng)用負(fù)載的變化而變化。這就是效率應(yīng)表示為一條曲線 而不是某個(gè)數(shù)字的原因。因此，如果不考慮供電線路中每個(gè)部分的實(shí)際運(yùn)行負(fù)載，則計(jì)算出的任何配電效率都將是不全面的。在配電效率這一課題上，以前的大部分文章都沒有說明負(fù)載變化的影響，但這部分影響是非常重大的。在本白皮書中，我們將選擇一種能代表典型配置的基準(zhǔn)負(fù)載，然后說明效率如何隨負(fù)載的變化而變化。通過選擇基準(zhǔn)運(yùn)行負(fù)載，有助于為比較交流配電與直流配電提供一個(gè)參照點(diǎn)，從而簡化初的討論。但是，這并不會(huì)限制實(shí)際模型的適用范圍，因?yàn)樗鼘⑿士闯墒且粭l隨負(fù)載一起變化的曲線。在實(shí)際配置中，這三個(gè)供電線路部分的運(yùn)行負(fù)載（容量的一部分）彼此將是不同的，且在交互模型中還會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化（請(qǐng)參見圖 9）。以下部分在演示和比較交流配電與直流配電時(shí)，將選擇 50% 作為基準(zhǔn)負(fù)載。此基準(zhǔn)處于數(shù)據(jù)中心所有這三個(gè)部分的運(yùn)行限制之內(nèi)（請(qǐng)參見上面的圖 3）。下面分別介紹 50% 的負(fù)載與數(shù)據(jù)中心這三個(gè)部分之間的關(guān)系： • UPS 于非冗余 (1N) 系統(tǒng)，50% 是典型的運(yùn)行負(fù)載。對(duì)于冗余 (2N) 系統(tǒng)，50% 表示大運(yùn)行負(fù)載（即在兩個(gè) 2 個(gè) UPS 之間分擔(dān)全負(fù)載）。 • 布線與 UPS 負(fù)載類似，50% 是非冗余 (1N) 布線的一個(gè)實(shí)際運(yùn)行負(fù)載。對(duì)于雙路冗余 (2N) 布線系統(tǒng)，50% 是每路饋電的大負(fù)載（實(shí)際上，美國電氣標(biāo)準(zhǔn)將負(fù)載限制為 80%，從而將每路饋電的負(fù)載實(shí)際限制為 40%）。需要說明的是，無論在何種情況下，布線的運(yùn)行負(fù)載對(duì)整體效率影響甚微，因?yàn)槟壳暗牟季€效率處于一個(gè)狹窄的高位區(qū)間 99-100%。 • IT 電源 IT 設(shè)備一般擁有一到兩個(gè)內(nèi)置電源。在配備單一電源的服務(wù)器中，50% 的運(yùn)行負(fù)載處于運(yùn)行范圍的中間位置（“空閑”負(fù)載的典型情況，服務(wù)器多數(shù)時(shí)候處于這一狀態(tài)）；對(duì)于配備雙電源的服務(wù)器，50% 表示大運(yùn)行負(fù)載（即在 2 個(gè)電源之間分擔(dān)全負(fù)載）。正如本白皮書后面為這三個(gè)部分顯示的實(shí)際效率曲線所示，當(dāng)運(yùn)行負(fù)載處于 50% 標(biāo)記附近時(shí)，相應(yīng)的效率并沒有太大差異，因此 50% 負(fù)載的具體位置并不十分重要。 UPS 的效率交流配電架構(gòu)以 UPS 作為起點(diǎn)，以形成交流配電總線；在直流配電架構(gòu)中，將由直流 UPS（有時(shí)稱為“直流電廠”或“整流器”）形成直流配電總線。在目前的交流 UPS 市場(chǎng)中，某些產(chǎn)品的性能是可以核實(shí)的，比如查閱它們已發(fā)布的效率規(guī)格，或?qū)λ鼈兊男阅苓M(jìn)行測(cè)量。遺憾的是，施耐德電氣發(fā)現(xiàn)許多已發(fā)布的規(guī)格并不準(zhǔn)確，并不能代表產(chǎn)品的實(shí)際性能。在本次分析中，我們將只采用那些額定效率級(jí)別已經(jīng)過獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和認(rèn)證的知名 UPS 的效率數(shù)據(jù)。 圖 4 顯示了幾種商用交流 UPS 和直流 UPS 系統(tǒng)的效率。數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 6 For convenience, the graph above is summarized in Table 1. UPS 負(fù)載 25% 50% 75% 100% APC Symmetra MW （Delta 轉(zhuǎn)換交流電） 94.1% 96.2% 96.9% 97.0% APC Symmetra PX （雙轉(zhuǎn)換交流電） 94.7% 95.7% 95.6% 95.3% APC Smart-UPS VT （雙轉(zhuǎn)換交流電） 95.3% 96.3% 96.3% 96.0% SatCon AE-75-60-PV-A （直流電） 94.5% 95.8% 95.6% 95.4% LBNL 的典型效率（雙轉(zhuǎn)換交流電） 87.3% 88.8% 88.8% 88.4% LBNL 的低效率（雙轉(zhuǎn)換交流電） 73.3% 81.9% 84.0% 84.1% 圖 4 幾種商用交流 UPS 和直流 UPS 系統(tǒng)的效率表 1 圖 4 中 UPS 效率數(shù)據(jù)的匯總 AC and DC UPS Efficiency Comparison 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Load Efficiency APC Symmetra MW 1000kVA Delta Conversion AC UPS APC Symmetra PX 160kVA Double Conversion AC UPS APC Smart-UPS VT 40kVA Double Conversion AC UPS SatCon AE-75-60-PV-A 75 kW DC UPS LBNL Typical Efficiency Double Conversion AC UPS LBNL Lowest Efficiency Double Conversion AC UPS Symmetra MW 的效率為 96.2% 交流 UPS 與直流 UPS 的效率比較效率 APC Symmetra MW 1000kVA Delta 轉(zhuǎn)換交流 UPS APC Symmetra PX 160kVA 雙轉(zhuǎn)換交流 UPS APC Smart-UPS VT 40kVA 雙轉(zhuǎn)換交流 UPS SatCon AE-75-60-PV-A 75 kW 直流 UPS LBNL 典型效率的雙轉(zhuǎn)換交流 UPS LBNL 低效率的雙轉(zhuǎn)換交流 UPS 負(fù)載數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 7 交流 UPS 96.2% 直流 UPS 96.0% 模型的基準(zhǔn)數(shù)值負(fù)載為 50% 時(shí)的效率本模型的交流 UPS 效率數(shù)值 1,000 kVA APC Symmetra MW Delta 轉(zhuǎn)換 UPS 在負(fù)載為 50% 時(shí)的效率級(jí)別為 96.2%；160 kVA Symmetra PX 雙轉(zhuǎn)換 UPS 在負(fù)載為 50% 時(shí)的效率級(jí)別為 95.7%；40 kVA APC SmartUPS VT 雙轉(zhuǎn)換 UPS 在負(fù)載為 50% 時(shí)的效率級(jí)別為 96.3%。所有這些效率值均已經(jīng)過 TüV 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室 1 的認(rèn)證。這些級(jí)別并不是在節(jié)能模式或旁路模式下得出的，而是通過可完全隔離輸入和輸出的在線式輸出逆變器重新生成輸出并加以調(diào)節(jié)后確定的。本次分析將使用 Symmetra MW，其在負(fù)載為 50% 時(shí)的交流配電效率為 96.2%。經(jīng)美國加州能源委員會(huì) 2 認(rèn)證，75 kW SatCon 逆變器的效率值為 95.8%。（包括這款逆變器在內(nèi)的很多逆變器還可以用作整流器，它們?cè)谶@兩種運(yùn)行模式下應(yīng)該可以提供類似的效率，因此也可以將這款逆變器視為直流 UPS。）其余兩條曲線顯示的是 LBLN 在 2005 年的一項(xiàng)研究中測(cè)量的傳統(tǒng)高效雙轉(zhuǎn)換 UPS 的效率級(jí)別。3 本模型的直流 UPS 效率數(shù)值在目前的直流 UPS 市場(chǎng)中，沒有產(chǎn)品符合備用電池采用 380 V 直流配電系統(tǒng)的要求?，F(xiàn)在有一個(gè)重要的技術(shù)難題尚未完全解決，即如何將具有不同端接電壓的電池連接在穩(wěn)定的 380 V 配電總線上。不過，Inb 與多家直流電源提供商合作，共同發(fā)布了一系列建議的設(shè)計(jì)，預(yù)期效率數(shù)值可達(dá) 97%；4 另一家供應(yīng)商 Netpower Labs開發(fā)出了一款 350 V 直流 UPS，公布的效率數(shù)值為 96%；5 LBNL 公布了針對(duì)一款原型直流 UPS 的測(cè)量結(jié)果，其效率數(shù)值為 94%。6 在這三個(gè)已公布的效率值（94%、96% 和 97%）中，我們將選擇中間的數(shù)值進(jìn)行本次分析。請(qǐng)注意，Netpower Labs 開發(fā)的直流 UPS 的效率 (96%) 可能是佳數(shù)值，因?yàn)橘Y料來源并未指定負(fù)載百分比。這樣，在負(fù)載為 50% 時(shí)，其效率可能低于 96%。布線的效率交流 UPS 或直流 UPS 與 IT 負(fù)載之間的布線一般都有電能損耗。損耗的大小取決于三個(gè)因素：工作電流、布線規(guī)格和纜線長度。每個(gè)數(shù)據(jù)中心都有幾百條乃至數(shù)千條不同的線纜，必須將每條線纜的損耗加在一起，才能計(jì)算出總損耗。 1 Symmetra MW - TüV 測(cè)試報(bào)告編號(hào) _010，2005 年 9 月 26 日。Symmetra PX - TüV 測(cè)試報(bào)告 IS-EGN-MUC/ed，2007 年 6 月 12 日。Smart-UPS VT - TüV 測(cè)試報(bào)告編號(hào) _008，2005 年 11 月 11 日。 2 美國加州能源委員會(huì)報(bào)告中的 SatCon 數(shù)據(jù)。 /erprebate/inverter_tests/summaries/ 3 美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室報(bào)告：“High Perbance Buildings:Data Center – Uninterruptible Power Supplies (UPS)”（高性能建筑：數(shù)據(jù)中心 - 不間斷電源 (UPS)），2005 年 12 月，圖 17。 /documents/UPS/Final_UPS_ 4 A. Pratt 和 P. Kumar 合著的“Evaluation of Direct Current Distribution in Data Centers to Improve Energy Efficiency”
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（評(píng)估數(shù)據(jù)中心的直流配電系統(tǒng)以提高能源效率），The Data Center Journal，2007 年 3 月。 5 由 Stefan Lidstrom 在 Netpower Labs 直流數(shù)據(jù)中心股東大會(huì)上所做的演示，組織者為美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室，2007 年 7 月 12 日，請(qǐng)參見復(fù)合 PDF 的第 31 頁（共 67 頁）第 8 張幻燈片。 /presentations/dc-powering/dc-stakeholders/ 6 美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室：摘要“DC Power for Improved Data Center Efficiency”（直流電源可提高數(shù)據(jù)中心的效率）第 5 頁，2007 年 1 月，表 ES1。 /documents/DATA_CENTERS/ 數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 8 交流電 布線 99.5% 直流電 布線 99.5% 模型的基準(zhǔn)數(shù)值負(fù)載為 50% 時(shí)的效率對(duì)于典型配置，一般可以估計(jì)出布線的損耗。線纜規(guī)格可由電路的額定容量得出，而且線纜的平均長度通常也是知道的。布線損耗的設(shè)計(jì)數(shù)值通常為全負(fù)載時(shí)負(fù)載功率的 1%。布線中的損耗與負(fù)載的平方成正比。每當(dāng)負(fù)載降低一半時(shí)，布線損耗將減少到原來的四分之一。對(duì)于負(fù)載為 50% 的數(shù)據(jù)中心，布線效率一般可達(dá) 99.5%。因此，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的布線損耗都是可以忽略不計(jì)的。請(qǐng)注意，不論是直流配置，還是交流配置，布線損耗都一樣。雖然所用銅纜的數(shù)目可能稍有不同，但效率并無差別。布線損耗不會(huì)導(dǎo)致交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)之間出現(xiàn)任何效率差別。 IT 電源的效率現(xiàn)代的 IT 設(shè)備都配有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)置電源 (PSU)，用于將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為 12 V 的直流總線，進(jìn)而為機(jī)箱中的各種卡或子系統(tǒng)供電。7 這些 PSU 為改進(jìn)效率提供了機(jī)會(huì)。在早期的服務(wù)器中，PSU 在負(fù)載為 50% 時(shí)的效率大約為 75%（請(qǐng)參見圖 6）8 。但是，根據(jù) Sun Microsystems（圖 7）9 和 惠普公司（圖 8）10公布的電源效率數(shù)據(jù)，現(xiàn)在大多數(shù)新設(shè)計(jì)在多種運(yùn)行負(fù)載下的效率一般都是 90% 或更高。 7 在這種“分布式電源系統(tǒng)架構(gòu)”中，各種卡或子系統(tǒng)將使用板載電源逆變器根據(jù) 12 V 總線生成自己特定的本地功率需求（例如 1.1 V、3.3 V、5 V）。PSU 通常是插在機(jī)箱中的一個(gè)模塊，用戶可自行更換。 8 美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室：“High Perbance Buildings:Data Centers – Server Power Supplies ”（高性能建筑：數(shù)據(jù)中心 - 服務(wù)器電源），2005 年 12 月。 /documents/PS/Final_PS_ 9 由 Mike Bushue 在 Sun Microsystems 直流數(shù)據(jù)中心股東大會(huì)上所做的演示，組織者為美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室，2007 年 7 月 12 日。 /presentations/dc-powering/dc-stakeholders/ 10 由 Paul Perez 代表惠普公司在正常運(yùn)行時(shí)間學(xué)術(shù)研討會(huì)上所做的演示，2007 年 3 月 5 日。 /jsymp/?option=com_content&task=view&id=45&Itemid=61 圖 5 布線的效率曲線布線效率 98.0% 98.5% 99.0% 99.5% 100.0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 負(fù)載效率布線 - 全負(fù)載時(shí)損耗的 1% 50% 數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 9 圖 6 美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）公布的早期服務(wù)器 PSU 的效率 7 圖 7 Sun Microsystems 服務(wù)器電源效率與負(fù)載的關(guān)系曲線，說明了不同輸入電壓對(duì)效率的影響 8 50% 占銘牌功率輸出的百分比效率百分比所有服務(wù)器的均值使用 380 V 直流電時(shí)的效率為 91.0% 使用 220 V 交流電時(shí)的效率為 89.5% 數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 10 交流電 IT 電源 90.25% 直流電 IT 電源 91.75% 模型的基準(zhǔn)數(shù)值負(fù)載為 50% 時(shí)的效率在 Sun Microsystems 的示例中，負(fù)載為 50% 時(shí)的交流電源效率是 89.5%，在惠普公司的示例中為 91%。鑒于這些電源可作為未來服務(wù)器電源的代表（承認(rèn) 400/230 V 交流電源將使服務(wù)器以 230 V 的電壓運(yùn)行），我們?nèi)∵@兩個(gè)示例的平均值 90.25% 作為本模型中新服務(wù)器電源的基準(zhǔn)交流供電效率。在圖 7 的 Sun Microsystems 電源效率圖中，還包括一條針對(duì)轉(zhuǎn)換為提供 380 V 直流電的電源的效率曲線。圖中顯示，在負(fù)載為 50% 時(shí)，該曲線比 220 V 交流電源的效率曲線高大約 1.5%。許多研究中都已采用此 1.5% 的效率改進(jìn)，我們將它與基準(zhǔn)的交流電源效率數(shù)值 90.25% 相加，從而計(jì)算出本模型的直流電源效率數(shù)值 91.75%。在本白皮書的后續(xù)部分中，我們將對(duì)這一改進(jìn)的可能大小進(jìn)行詳細(xì)分析。具有更高效率（高達(dá) 94%）的電源預(yù)計(jì)在 2008 年初面市。由于有關(guān)這些電源的數(shù)據(jù)尚未公布，因此本研究中無法引證。我們預(yù)計(jì)，這些電源在以 380 V 直流電進(jìn)行供電時(shí)，效率改進(jìn)幅度大約會(huì)降低 1%。供電線路的整體效率等于上述 UPS 效率、布線效率以及 IT 電源效率之積。這項(xiàng)計(jì)算十分簡單，如表 2 所示： UPS 布線 IT 電源 整體效率直流配電 96.0% X 99.5% X 91.75% = 87.64% AC 96.2% X 99.5% X 90.25% =86.39% 供電線路整體 效率的比較圖 8 惠普服務(wù)器電源效率與負(fù)載的關(guān)系曲線，說明了不同輸入電壓對(duì)效率的影響 9 表 2 負(fù)載為 50% 時(shí)的整體配電效率計(jì)算比較高效的交流配電方法和 360 V 直流配電方法 50% 負(fù)載 1.25% 數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 11 因此，與高效交流系統(tǒng)相比，高效直流系統(tǒng)在配電效率方面擁有 1.25% 的效率優(yōu)勢(shì)。此分析基于所有供電線路上的所有部分的運(yùn)行負(fù)載為 50%。從圖中可以看出，效率曲線在負(fù)載為 50% 時(shí)的形狀相對(duì)平緩，這說明在 50% 附近的負(fù)載范圍內(nèi)，不存在大的效率變化。這種效率差異針對(duì)的只是配電系統(tǒng)，它對(duì)數(shù)據(jù)中心整體功耗的影響還有待進(jìn)一步分析，詳見下一節(jié)。配電系統(tǒng)中的任何效率提升百分比都不會(huì)直接轉(zhuǎn)化為整個(gè)數(shù)據(jù)中心所節(jié)省功耗增加的百分比。通過減少配電損耗，可以降低數(shù)據(jù)中心的溫度，進(jìn)而降低制冷負(fù)載。因此，配電系統(tǒng)中節(jié)省的每一瓦電能，實(shí)際上可令數(shù)據(jù)中心的整體功率需求降低一瓦以上。但是，配電效率提升 1%，并不能使數(shù)據(jù)中心的總體效率提高 1% 以上。實(shí)際上，配電效率提升 1%，相應(yīng)整體效率的提升幅度則只在 1% 以內(nèi)。因配電效率變化而導(dǎo)致電能損耗減少幅度的實(shí)際計(jì)算過程如下： ΔP = P – P' ΔP = 1 – [(1 – Δη PD) x (ITP + PDP + ACPP) + LP + ACFP] 其中，P 為基準(zhǔn)交流系統(tǒng)功耗（以 1 作為參照），P' 為配電效率變化后的功耗。表 3 對(duì)公式中的其他值進(jìn)行了定義，并提供了它們的典型值。在將這些值輸入上面計(jì)算數(shù)據(jù)中心整體功耗下降幅度的公式后，可以算出，終的整體功耗變化與配電效率變化之比為 0.75 比 1。這意味著，配電效率提高 1%，將導(dǎo)致整體功耗下降 0.75%。數(shù)據(jù)中心功耗的整體變化小于配電效率的變化。這一結(jié)論應(yīng)該不足為奇，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的大部分功耗（尤其是制冷系統(tǒng)）并不是源自配電系統(tǒng)，并且降低配電損耗不會(huì)影響制冷損耗的固定 部分，而只會(huì)影響制冷損耗中的成比例變化 部分（隨制冷負(fù)載的變化而變化）。如果對(duì)上一節(jié)中得出的交流配電與直流配電的效率結(jié)果應(yīng)用這一計(jì)算過程，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，因交流電轉(zhuǎn)換為直流電而提高的配電效率 (1.25%) 將使總耗電量降低 0.94%。如果對(duì)上一節(jié)中得出的交流配電與直流配電的效率結(jié)果應(yīng)用這一計(jì)算過程，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，因交流電轉(zhuǎn)換為直流電而提高的配電效率 (1.25%) 將使總耗電量降低 0.94%。變量 說明 典型值 Δη PD 配電效率的變化 輸入變量 ITP IT 負(fù)載的功耗在數(shù)據(jù)中心總功耗中所占的比重（百分比） 45% PDP 基準(zhǔn)配電功耗在數(shù)據(jù)中心總功耗中所占的比重（百分比） 5% ACPP 空調(diào)損耗（隨負(fù)載變化而變化）在數(shù)據(jù)中心總功耗中所占的比重（百分比） 25% LP 照明負(fù)載的功耗在數(shù)據(jù)中心總功耗中所占的比重（百分比） 2% ACFP 固定空調(diào)損耗在數(shù)據(jù)中心總功耗中所占的比重（百分比） 23% 對(duì)數(shù)據(jù)中心整體 功耗的影響表 3 計(jì)算電力負(fù)載下降幅度時(shí)使用的變量數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 12 請(qǐng)注意，這一發(fā)現(xiàn)明顯與其他研究中公布的信息相佐。很多膚淺的分析認(rèn)為，轉(zhuǎn)換為 380 V 直流電后所節(jié)省的每一瓦電能，將對(duì)數(shù)據(jù)中心的整體功耗產(chǎn)生“兩倍到四倍的影響”。11實(shí)際上，除了配電系統(tǒng)外，節(jié)省的功耗只是空調(diào)損耗中隨負(fù)載一起變化的部分（成比例變化的損耗）。對(duì)于設(shè)計(jì)已比較完善的現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心，12這些可變損耗大約是 IT 負(fù)載的 20%，因此配電系統(tǒng)中節(jié)省的每一瓦電能，只能使數(shù)據(jù)中心的整體功耗節(jié)省 1.2 瓦。圖 9 中的 TradeOff Tools™權(quán)衡工具用于確定供電線路的效率，以及輸入電源在四種不同的方案下減少的整體百分比。借助此工具，可以分析供電線路中不同部分的效率變化對(duì)供電線路效率的影響，以及對(duì)輸入電源損耗整體下降幅度的影響?；鶞?zhǔn)或傳統(tǒng)交流系統(tǒng)代表的是交流 UPS、配電柜 和 IT 電源都具有典型效率值的舊數(shù)據(jù)中心，并假定 IT 電源以 208 V 交流電供電。佳方案交流系統(tǒng)代表的是配有新一代高效交流 UPS、配電柜 和 IT 電源的新數(shù)據(jù)中心。400 V 交流系統(tǒng)也采用佳方案交流系統(tǒng)的現(xiàn)代配備，但它沒有配電柜（及其關(guān)聯(lián)的變壓器損耗），并假定 IT 電源以 230 V 交流電供電，其效率比 208 V 交流系統(tǒng)高 0.5%（圖 8 中綠色曲線與黃色曲線之間的距離）。380 V 直流系統(tǒng)采用假想的直流 UPS，它沒有 配電柜，其 IT 電源的效率比 208 V 交流系統(tǒng)高 1.5%（如圖 7 所示）。所有這些方案都假定布線效率相同。在此效率計(jì)算器中，影響效率的所有關(guān)鍵變量均可通過拖動(dòng)滑塊來進(jìn)行調(diào)節(jié)。此工具一開始會(huì)使用所有變量的默認(rèn)值，正如本白皮書所述，這些值都基于 50% 的負(fù)載。此計(jì)算器工具中提供的默認(rèn)“每單元熱負(fù)載的制冷損耗” 值均為 50% IT 負(fù)載的典型值。當(dāng)模型中的運(yùn)行負(fù)載接近 100% IT 負(fù)載的時(shí)，用戶應(yīng)以手動(dòng)方式向下調(diào)節(jié)“每單元熱負(fù)載的制冷損耗”，以反映全負(fù)載時(shí)制冷效率的提高。在計(jì)算減少的輸入功耗時(shí)，本模型假定照明負(fù)載為 2%。如果存在其他的固定負(fù)載（例如網(wǎng)絡(luò)操作中心），則上述所有方案中輸入電源損耗減少的百分比還要下降。 11 2007 年 Inb 研發(fā)成果發(fā)布會(huì)演示，“Data Center Energy Efficiency Research @ Inb Day”（Inb 研發(fā)成果發(fā)布會(huì) - 數(shù)據(jù)中心能源效率研究），作者 Guy AlLee、Milan Milenkovic 和 James Song，2007 年 6 月。 /pressroom/kits/research/poster_Data_Center_Energy_ 12 Inb 白皮書“Air-Cooled High-Perbance Data Centers:Case Studies and Best Methods”（風(fēng)冷高性能數(shù)據(jù)中心：案例研究與佳方法），作者 Doug Garday 和 Daniel Cosblo，2006 年 11 月。 /it/pdf/ 交流系統(tǒng)與直流 系統(tǒng)的效率比對(duì)計(jì)算器 > 使用交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的效率比對(duì)計(jì)算器這是本白皮書中嵌入的一部交互式計(jì)算器需要安裝 Flash Player 版本 7 或更高版本—單擊 此處確定您已安裝的版本。若要下載 Flash Player，請(qǐng)單擊此處。單擊圖 9 中的圖像可訪問數(shù)據(jù)中心交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)計(jì)算器。數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 13 一般而言，北美地區(qū)的數(shù)據(jù)中心配電效率要低于世界上的其他地區(qū)，因?yàn)樵摰貐^(qū)一直在使用基于變壓器的配電柜 (PDU)。在北美地區(qū)，UPS 電源通常使用三相 480/277 V 交流電，此電壓將由配電柜的變壓器降至三相 208/120 V 交流電，再傳輸給各項(xiàng) IT 負(fù)載。與此相比，北美之外的大多數(shù)地區(qū)都使用三相 400/230 V UPS 電源，此電源可直接為負(fù)載供電，而不需要任何降壓變壓器。在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，降壓變壓器都會(huì)造成很大一部分損耗，尤其是因?yàn)榻祲鹤儔浩鞯目傤~定功率通常比 UPS 的額定功率大得多，這意味著這些變壓器未得到充分利用。另外，在高密度的數(shù)據(jù)中心里，這些變壓器還會(huì)占據(jù)很大一部分地板空間，同時(shí)極大地增加了地板所承受的重量。有關(guān)此問題以及如何在北美地區(qū)采用 400/230 V 配電系統(tǒng)的詳細(xì)討論，請(qǐng)參見 第 128 號(hào)白皮書《應(yīng)用改進(jìn)型高密度配電系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)中心效率》。在北美地區(qū)的某些配置中，可能需要安裝自耦變壓器，以便將現(xiàn)有的 480/277 V 電源調(diào)整為 400/230 V 標(biāo)準(zhǔn)。使用自耦變壓器意味著，變壓器的額定功率 (kVA) 僅為系統(tǒng)額定功率的 17%，從而可使變壓器以高效運(yùn)行。對(duì)于北美地區(qū)需要使用自耦變壓器的系統(tǒng)，配電系統(tǒng)的效率將因?yàn)樽择钭儔浩鞯膿p耗而有所降低。在北美地區(qū)，某些交流配電系統(tǒng)的效率將因此降低大約 1%。但是，OEM 制造商建議擴(kuò)大電源的輸入范圍，以使其包括北美 480/277 V 系統(tǒng)中已有的 277 V 交流輸入值。如果這一設(shè)想能夠?qū)崿F(xiàn)，不僅沒有必要使用自耦變壓器，而且正如圖 8 中的電源效率針對(duì)北美地區(qū)的特殊注意事項(xiàng)應(yīng)用改進(jìn)型高密度配電系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)中心效率資源鏈接第 128 號(hào)白皮書圖 9 交流與直流系統(tǒng)計(jì)算器工具用于比較不同的配電架構(gòu)數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 14 曲線所示，這還會(huì)顯著提高電源的效率（紅色曲線與黃色曲線之間的距離），進(jìn)而導(dǎo)致交流配電系統(tǒng)的整體效率與 380 V 直流系統(tǒng)大體相同或略高于后者。 IT 負(fù)載變化對(duì)效率的影響本白皮書中進(jìn)行的供電線路效率比較一直是按 IT 負(fù)載為 50% 計(jì)算的。配電系統(tǒng)的效率會(huì)隨 IT 負(fù)載的變化而變化，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的整體效率發(fā)生改變。效率和 IT 負(fù)載之間的關(guān)系可通過模型來準(zhǔn)確表示，詳見第 113 號(hào)白皮書《數(shù)據(jù)中心的電力效率建?！贰１景灼械男时容^包括比較 IT 設(shè)備中 PSU（供電單元）的效率。當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)中心內(nèi)的總 IT 負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，主要是因?yàn)?IT 設(shè)備的數(shù)量 發(fā)生了變化，而不只是現(xiàn)有 IT 設(shè)備的負(fù)載發(fā)生了變化。因此，數(shù)據(jù)中心內(nèi)總 IT 負(fù)載的變化將反映在 UPS 和布線系統(tǒng)的負(fù)載上，而一般與各個(gè) PSU 的運(yùn)行負(fù)載無關(guān)。雖然 UPS 中的電流需要流經(jīng)布線和 IT 電源才能到達(dá) IT 負(fù)載，但這并不意味著，所有這些設(shè)備都以額定容量的相同百分比運(yùn)行（即以相同的運(yùn)行負(fù)載工作）?？傠娏魍ǔ?huì)流入很多乃至數(shù)以千計(jì)的 IT 設(shè)備。請(qǐng)考慮一個(gè)以 5% 的容量運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心。您可以合理地認(rèn)為，其 UPS 的運(yùn)行負(fù)載為 5%（即數(shù)據(jù)中心容量的 5%），但是從這一數(shù)字并無法獲知任何有關(guān)各個(gè)下游 IT PSU 的運(yùn)行負(fù)載信息。 UPS 上 5% 的負(fù)載可能源自以下方面： • 只有為數(shù)不多的幾臺(tái) IT 設(shè)備以其額定輸入功率的 100% 運(yùn)行；或者 • 20 倍于現(xiàn)有數(shù)目的 IT 設(shè)備以其額定輸入功率的 5% 運(yùn)行；或者 • 100 倍于現(xiàn)有數(shù)目的 IT 設(shè)備以其額定輸入功率的 1% 運(yùn)行。 UPS 上 5% 的運(yùn)行負(fù)載顯然與受其供電的所有 IT 設(shè)備的總運(yùn)行負(fù)載有關(guān)，但 IT 設(shè)備的各個(gè)工作負(fù)載彼此并不關(guān)聯(lián)，且與 UPS 上 5% 的運(yùn)行負(fù)載的關(guān)聯(lián)程度也不一樣。這意味著，在數(shù)據(jù)中心供電線路的三個(gè)部分中，由于布線對(duì)效率的影響甚微（不論負(fù)載如何），因此隨著 IT 負(fù)載（無論使用交流電還是直流電）的變化，UPS 效率 的變化將對(duì)數(shù)據(jù)中心的整體效率產(chǎn)生大的影響。從上述分析可以得知，IT 負(fù)載變化對(duì)效率的影響非常小，沒有理由認(rèn)為交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)在不同的 IT 運(yùn)行負(fù)載下比對(duì)方有任何優(yōu)勢(shì)。因此，IT 負(fù)載變化的影響對(duì)本白皮書的分析和結(jié)論都不重要。結(jié)論的可信度用于建立直流與交流配電系統(tǒng)效率模型的數(shù)據(jù)計(jì)算是無可爭辯的。另一點(diǎn)毋庸置疑的是，沒有哪一臺(tái)配電設(shè)備的效率大于 100%。這就直接限制了假想的直流架構(gòu)的效率優(yōu)勢(shì)，媒體中公布的數(shù)據(jù)普遍都偏高了。正如本白皮書所述，只有三個(gè)關(guān)鍵值可對(duì)效率分析產(chǎn)生重大影響，它們是： 1. 交流 UPS 系統(tǒng)的效率 2. 直流 UPS 系統(tǒng)的效率 3. 通過將 IT 電源 (PSU) 轉(zhuǎn)換為直流供電而可能提高的效率這三個(gè)值的不確定性將影響效率比較的結(jié)論。因此，我們需要考慮，隨著研究的進(jìn)一步深入或新技術(shù)的問世，這些值是否可能會(huì)發(fā)生顯著變化。數(shù)據(jù)中心的電力效率建模資源鏈接第 113 號(hào)白皮書數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 15 交流 UPS 的效率關(guān)于交流 UPS 的效率，本白皮書中使用的數(shù)值基于目前市場(chǎng)上的實(shí)際產(chǎn)品，其效率性能已經(jīng)過第三方認(rèn)證。在 施耐德電氣，我們可以知道在即將面市的其他產(chǎn)品中，哪些可能實(shí)現(xiàn)類似或稍高的性能?，F(xiàn)在市場(chǎng)上無疑還有很多舊式的交流 UPS 產(chǎn)品，與其他產(chǎn)品相比，它們的效率要低得多。因此，要建造高效的數(shù)據(jù)中心，就應(yīng)當(dāng)確保采用高效的 UPS。目前，我們預(yù)計(jì)一流的交流 UPS 的效率在接下來的幾年中不會(huì)有大幅提升。 直流 UPS 的效率關(guān)于直流 UPS 的效率，本白皮書中使用的數(shù)值均源自一家制造商公布的數(shù)據(jù)，事實(shí)上并沒有一種已知的直流 UPS 可使數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)獲得更高的效率。盡管如此，探討是否存在具有更高效率的直流 UPS 系統(tǒng)，仍具有重要意義。直流 UPS 必須將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，它必須能提供穩(wěn)定的輸出，并向市電提供經(jīng)功率系統(tǒng)校正的輸入。在這些限制下，可以認(rèn)為設(shè)計(jì)出效率高于 96% 的直流 UPS 系統(tǒng)是可能的，但這些想法無一得到證實(shí)。目前，實(shí)際中類似于直流 UPS 的商用設(shè)備的例子是光電設(shè)備交互式逆變器，這種逆變器的效率已經(jīng)過優(yōu)化，從技術(shù)角度而言，它們是使用逆電流運(yùn)行的直流 UPS。通過分析美國加州能源委員會(huì)公布的一份數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些逆變器在負(fù)載為 50% 時(shí)的效率處于 94% 到 96%（高效率）之間。本模型中假定直流 UPS 的效率為 96%，上述數(shù)據(jù)無疑為這一假設(shè)的有效性提供了重要佐證。不過，施耐德電氣的研究發(fā)現(xiàn)，終使直流 UPS 系統(tǒng)的效率略高于 96% 是可能的。因此我們認(rèn)為，經(jīng)過優(yōu)化的直流 UPS 可以提供與商用交流 UPS 同樣的高效率。如果實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，那么佳的直流與交流配電系統(tǒng)將具有基本相同的效率，的區(qū)別在于 IT 電源因轉(zhuǎn)換為直流供電而可能會(huì)使效率有些許提高。通過將 IT 電源轉(zhuǎn)換為直流供電而可能提高的效率普遍認(rèn)為，通過將 IT 電源 (PSU) 轉(zhuǎn)換為 380 V 直流輸入可以提高效率。正如本白皮書所述，新型交流電源的效率數(shù)值在較大的負(fù)載范圍內(nèi)均可達(dá)到 90% 以上。實(shí)際上，某些將在 2008 年面市的型號(hào)已達(dá)到了 94% 的效率峰值。這意味著，即使直流電源的效率為 100%，直流電源的大理論效率優(yōu)勢(shì)也只有 6% (100% – 94% = 6%)。本白皮書在分析時(shí)采用的效率提升數(shù)值為 1.5%，這是基于 Sun Microsystems 的結(jié)論而確定的。實(shí)際上，這些效率提升數(shù)值的獲取并沒有回答以下問題：1.5% 的效率提升是否處于預(yù)期之內(nèi)，或可能實(shí)現(xiàn)多大幅度的改進(jìn)。關(guān)于電源在轉(zhuǎn)換為直流供電后可使效率提升多大幅度，以下討論為這一問題的確定提供了理論基礎(chǔ)。 PSU 主要有兩項(xiàng)功能： • 在計(jì)算電路與輸入電源之間提供安全隔離 • 將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的 12 V 直流電采用直流配電系統(tǒng)后，同樣需要進(jìn)行安全隔離，以及提供穩(wěn)定的 12 V 直流電。但是，如果采用了直流配電系統(tǒng)，將可以省去 PSU 中負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的部分電路。近，Sun Microsystems 公布了一份資料，其中對(duì) PSU 在從交流輸入轉(zhuǎn)換為直流輸入后可能實(shí)現(xiàn)的效率提升進(jìn)行了量化分析。圖 10 13顯示了有關(guān)服務(wù)器 PSU 中電力使用情況的明細(xì)。標(biāo)記為“在直流系統(tǒng)中已消除”的項(xiàng)是指在 PSU 轉(zhuǎn)換為直流輸入后，可以確定消除的一些部件的損耗。標(biāo)記為 “在直流系統(tǒng)中已減少”的項(xiàng)是指在 PSU 轉(zhuǎn)換為直流輸入后，因需要反向饋電保護(hù)而無法完全消除，但多可以減少一半的損耗。 13 由 Mike Bushue 在 Sun Microsystems 直流數(shù)據(jù)中心股東大會(huì)上所做的演示，主持方為美國勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室，2007 年 7 月 12 日，請(qǐng)參見復(fù)合 PDF 的第 19 頁（共 67 頁）第 9 張幻燈片。 /presentations/dc-powering/dc-stakeholders/ 數(shù)據(jù)中心高效交流配電與直流配電的量化比較施耐德電氣 — 數(shù)據(jù)中心科研中心 第 127 號(hào)白皮書 版本 2 16 從圖 10 中可以看出，通過轉(zhuǎn)換為直流輸入，可以消除 PSU 中大約 20% 的損耗。若要確定這些減少的損耗可使電源效率提升多大幅度，可以采用下列計(jì)算方法： Δη = η' – η = (1 – 損耗') –η = (1 – (1 – η) x (1 – PSLR)) – η = (η + PSLR – η x PSLR) – η = PSLR x (1 – η) 其中，η 是交流電源的效率，η' 是改為直流輸入后的效率，PSLR 是因轉(zhuǎn)換為直流輸入而減少的電源損耗。鑒于佳電源效率為 91.5%，而轉(zhuǎn)換為直流輸入后減少的電源損耗為 20%，因此效率的提升幅度為 1.58%。需要說明的是，效率提升主要受電源啟動(dòng)效率的影響；因此，對(duì)于效率較低的電源，其在轉(zhuǎn)換為直流輸入后的效率提升幅度可能更大。但是，對(duì)于未來高效的數(shù)據(jù)中心，我們必須承認(rèn)其中會(huì)不可避免地采用高效電源，因此相應(yīng)的效率提升幅度也就只有 1.5% 左右。新一代 IT 設(shè)備的 PSU 效率都在 90% 以上，因此通過計(jì)算可以看出，將 IT 設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換為直流輸入后的效率提升幅度預(yù)計(jì)在 1.6% 左右。此發(fā)現(xiàn)與 Sun Microsystems 在近期一次演講中的結(jié)論是一致的，該結(jié)論指出，“直流/直流電源的效率通常比交流/直流電源高 1-3%”14。此外，這一發(fā)現(xiàn)與 LBNL 在直流供電數(shù)據(jù)中心演示項(xiàng)目中的結(jié)論也是一致的，該結(jié)論表明，采用直流系統(tǒng)后的效率提升幅度大約為 2%。15 14 由 Mike Bushue 在 Sun Microsystems 直流數(shù)據(jù)中心
