DETA蓄电池谈数据机房IT负荷相关计算问题
摘要：近年来，跟着我国通讯、物流、电子商务等行业的高速开展，新基建、东数细算等战略政策的不断落地，数据机房作为基础的承载，其规划和建设需求旺盛，笔者单位承接了多个大中型数据机房的规划任务，借此文对规划中关于IT设备负荷核算的相关问题做如下粗浅的总结和考虑。
关键字：需求系数、UPS损耗、充电功率、输入功率要素、输出功率要素
IT机柜是数据机房的中心，依据《数据中心规划规范》GB50174的要求，电子信息设备宜由不间断电源供电，不间断电源首要供给更高的电源质量参数及在市电毛病时无缝投入备用电源，供给毛病操作所需时刻或在柴油发电机组电源投入前供给过渡供电保证。在当时的数据中心规划中，不间断电源干流选用高频UPS或许高压直流，部分通信设备选用-48V直流开关电源供电，本工程以UPS作为不间断电源时的IT设备专用变压器应用场景作为评论对象，研讨负荷核算中需求的参数选取问题。
IT专用配电变压器的负荷比较单一，即IT设备，在做变压器核算的时分首要考虑需求系数、UPS损耗、UPS充电功率等。
一、需求系数
IT设备需求系数，在规划过程中的取值理论上受运用方实践上架事务的影响，即实践上架服务器的数量及其实践运转的事务工况与单机柜功率规划值之间的关系；另一方面，不同的运营方法也会影响上述的数值，即自建自用仍是租借，若是租借，不同的客户关于建设方供给的供电才能的要求也各有不同，一般规划中取0.8-1.0不等。在大型IDC客户或金融客户中，一般会考虑取1.0居多，IDC客户对极限开发机柜运用率诉求较高，金融客户则更介意安全运转的冗余度，在政务或大型国企项目，因为其实践运用强度一般低于规划值，不再苛求1.0的系数，而是更多的考虑变压器容量与机柜数的匹配关系，以求在0.8-1.0之间选取匹配度较高的系数以实现较为合理的体系配置及机房布局。详细项目需依据业主关于详细项目的关注点进行取值的选取，它将一定程度影响UPS选择及变压器的选择，从而进一步影响机房布局及出柜率等。
二、UPS损耗
关于变压器而言，其作为后端而言为电源侧。当UPS运转在正常方法即在线双变换工况时，变压器的负载为UPS设备。当UPS运转在维修旁路时，变压器负载直接为IT设备负载；当UPS运转在ECO方法时，UPS设备参与IT负载电源质量改善。故在变压器负载核算时，选用不利工况核算，需考虑UPS损耗的影响。
UPS功率是衡量UPS功耗巨细的标志。其界说是：输出有功功率P与输入有功功率P`之比的百分数，即：η=（P/P`）%。
从《数据中心UPS体系与HVDC体系的功率比较》一文的研讨中，经过数据剖析能够得到，UPS损耗包含以下三部分：①空载损耗，即空载时的损耗，首要指电扇以及热损，占总损耗超越40%；②份额损耗，即损耗变化正比于负载量，首要来自于功率器材的开关损耗、驱动损耗以及磁性器材的铁损等；③平方律损耗，即随负载添加导致元件电流增大的损耗，以热能方法散播。能够看出,空载损耗在没有负载的状况下仍然存在,即无论在何种状况下，UPS自身都会损耗电能，且数量坚持稳定，但损耗比率会跟着负载的削减而明显添加。后两者虽会随负载添加而增大，但第2种损耗只是等份额地细微变化(器材革新与高效驱动)，第3种损耗首要存在于导线和开关节点上，所占份额很小(高负载率时最多4%)，不会跟着负载的添加而明显影响输送给负载的功率百分比，因而总体而言工作功率会跟着输出负载的添加而提高，能够经过查阅各款干流UPS的功率图后得到验证。
从近年来合资或国产的干流品牌大容量UPS设备来看，标称UPS正常运转体系功率在95%及以上，在节能运转方法下功率更高。考虑到不同负载率设备功率不同，规划时可依据项目设备的规范，采取相应的设备功率值，一般在线式运转方法下UPS损耗按负载容量的5%-8%考虑，即考虑体系功率为92%-95%，以防止对终究设备招采产生不必要的约束。
三、UPS充电功率
在变压器核算时，因为UPS的直流侧直接与备电的蓄电池进行衔接，保证在市电电源毛病时，备用电源无缝接入，保证IT设备的供电连续性。数据中心UPS备用蓄电池实践存在3个运转场景，即均充充电工况、浮充充电工况、放电工况，一般其对应的电流约为0.1C、0.01C、4C。
因为我国数据中心市电供电稳定，遇到市电长期停电的场合几乎没有。数据中心保护时每年做2-4次电池放电测试，因而占比时刻最大的为浮充充电状况，运转时刻超越99%。基于此，关于变压器平均负载率核算时，选用浮充所需的充电功率进行核算较为合理。
以600kVA容量的UPS配置4组480V240Ah免保护阀控式铅酸蓄电池组并联为例，在平时，电池处于浮充状况时，其浮充电流为0.01C即2.4A,全体充电负荷约为P充=480V*2.4A/1000*4=4.6kW,考虑充电器的损耗等，浮充时充电负载约为UPS容量的1%。即在实践变压器运转的平均负载率核算时，考虑UPS充电负荷可按UPS容量的1%计入。
四、UPS设备负载率
UPS设备有两个功率因数值：输入功率因数和输出功率因数。输入功率因数表明UPS对电网有功功率的吸收才能及对电网的影响程度；输出功率因数表明UPS对非线性负载的习惯才能。当然，对输入功率因数的要求显然是越高越好，UPS对非线性负载的习惯才能。
在一般在考核UPS设备负载率的时分，碰到一个问题，便是按照视在功率核算仍是按有功功率核算，尤其在动力负荷的UPS负载率时，变得简单混杂，即500kVA的UPS带300kW的风机水泵负荷，那它的负载率是多少？按有功功率核算仍是按视在功率核算。
其实这个问题的呈现首要原因仍是大家关于功率要素的了解呈现误差，咱们都知道UPS设备样本中都会标注UPS设备的输出功率要素，咱们称其为UPS设备的额定功率要素，当UPS在生产时，会在逆变器后面设置补偿元件以最大功率的发回逆变器作为功率环节的输出才能，故当设备出厂时，UPS限制的最佳负载功率要素被确认。然而关于负载而言，UPS设备作为电源，按理说功率要素取决于负载自身的功率要素。故需明确二者之间的意义与差别，以便咱们了解问题的实质，而不是浮于表面评论按何种功率进行核算。
UPS不间断电源的输出功率因数真实意义是习惯负载的才能，即能习惯多大功率的负载，而不单是供给有功功率的百分比，UPS实践输出的功率要素巨细是由负载性质决议的。负载正常运转时不光要从UPS吸收有功功率，还要吸收无功功率。
由此可知，当负载功率要素小于UPS设备的额定输出功率要素时，因为UPS输出无功功率成为限制条件，实践带载才能由它的最大的无功功率的输出才能决议,故按视在功率核算UPS负载率，防止设备有功功率添加形成UPS设备无功功率过载的状况。当负载功率要素大于UPS设备的额定输出功率要素时，它的实践带载才能由它最大的有功功率输出才能决议。故按有功功率核算负载率，防止设备有功功率添加UPS设备过载的状况。
咱们极点的评论这个问题，当不考虑冲击及扩展增容余量等问题，500kVA输出功率要素为0.9的UPS设备作为“电源”，额定输出有功功率Pe=450kW，额定输出无功功率Qe=218kvar。当负载为Pjs=450kW，功率要素为0.8时，有功功率满足输出，无功功率需求为337kvar，形成了UPS输出无功过载。
再看咱们开端提出的问题，目前大型数据中心选用的大容量高频UPS或模块化UPS干流设备的额定输出功率要素为0.9，因为IT设备功率要素一般大于0.9，故按有功功率核算负载率，动力设备功率要素一般低于0.9，故按视在功率核算设备负载率，且核算中的功率要素取值均为负载功率要素，以上的负载率才能更真实的反映UPS设备的所具有的带载才能。
总结：
在实践规划核算过程中，各种参数的选取即有规划师关于项目的了解，更需结合理论，从实践运转工况出发，细节把控，完成一个满足运用诉求且经济合理的规划著作。