周全解读不间断电源体系，解答您感兴趣却惮于询问的一切UPS问题。

Chris Loeffler

分布式电能质量营业部BladeUPS和数据中间解决筹划产品经理

Ed Spears

伊顿公司伊顿电能质量解决筹划产品经理

综述

　　若何更好地制订电力预算、获得充分的电力供给并寻找节能降耗的有效办法是数据中间运营商经常评论辩论和存眷的话题之一。然则遗憾的是，确保IT资本获得干净、靠得住的电力供给固然事关重大年夜，此问题却往往被忽视或被置于次要地位。

　　在所有设计优良的电力保护基本架构中，不间断电源体系（UPS）都是最核心的组件。本白皮书周全介绍了什么是UPS，今朝存在哪些类型的UPS，以及若何根据您本身的具体需求选择实用的UPS和相干配件。

电力保护为何如斯重要？

　　对于任何一个企业，如不雅不采取保护办法来防止电源问题对IT资产造成破坏，企业将面对难以遭受的惨重损掉。以下是个中的几个原因：

　　●  即使是瞬时停电也将导致严重后不雅。短至四分之一秒的停电也会激发中断事宜，导致IT设备长时光弗采取，持续时光大年夜15分钟到几小时不等。设备停机的成本价值不菲。某些专家认为，美国经济每年因断电和其他电力干扰而导致的损掉高达2000亿到5700亿美元。

　　● 公用电力并不是干净能源。按照司法，各类电源的电力质量许可有差别，有时这种差别足以对IT设备产生重大年夜伤害。例如，按照现行的美国标准，在无前提规范之下，司法许可电压出现5.7到8.3%的误差。这就意味着，如不雅电力公司承诺供给208相电压，他们实际供给的电压可能在191至220伏之间。

　　● 公用电力并非百分百靠得住。在美国，公用电力的靠得住性最高只能达到99.9%，也就是说公用电力体系每年可能产生9小时的断电。

　　●  问题和风险在加剧。当今的存储体系、办事器和收集设备应用的组件采取高度模块化设备，是以即使是早期设备很轻易遭受的电力问题也会导致这些现代设备产生故障并彻底瘫痪。

　　● 发电机和浪涌克制器不足所需。发电机固然可以在断电时代持续保持舷持续运行，但发电机的启动速度较慢，并且无法有效抵抗电力尖峰和其他电力干扰问题。浪涌克制器虽有助于应对电力尖峰，但对于电力损耗、电压不足和电力限制等问题却力所不及。

　　● 在当今时代，可用性是至上王道。以前，IT在企业中仅发挥帮助和支撑感化，但如今，对多半公司而言，IT体系的强弱已成为决定企业竞争优势和运营成败的核心要素。如不雅IT体系瘫痪，企业的核心营业流程也将很快陷于逗留。

　　延长电池运行时光：一般来说，典范UPS电池可以或许供给5到15分钟的备用电。须要更出色供电才能的机构，可应用附加外部电池模块或机柜，供给长达数小时的满载紧急运行时光。

　　●  固然可用性至关重要，但还必须控制电力成本。近年来，供电和制冷成本已呈掉控之势。平日，数据中间经理既负责确保高可用性，同时也负责控制和降低电力成本。高效的UPS体系可赞助他们杀青这一目标，并且如今的产品种类繁多，与几年前产品稀缺的状况已大年夜不雷同。

　　跟着IT体系的范围和数量变得越来越大年夜，串行通信（无论是RS232端口照样经由过程USB端口）被基于收集的通信所代替，以实现UPS与多个办事器之间的通信。在这类装配中，UPS被分派以属于本身的收集IP地址，由其供电的所有办事器都可以或许远查拜访它，是以可以给每台办事器编制封闭或监督UPS电力问题的法度榜样。

什么是UPS？

　　简而言之，UPS是如许一种设备：

1. 在公用电力因故障停止供电时供给备用电源，持续时光长短不一，既可包管关键设备安稳停机，以防止数据损掉，也可使须要负载持续运行，直到发电机启动并开端发电。

2. 调节输入的电力，防止通俗的电压骤降和浪涌问题破坏敏感的电子装配。

UPS重要分为哪几类？

　　UPS重要分三种，也被称作UPS拓扑：

　　事实上，电压骤降、浪涌和断电问题不仅不轻易避免，还极有可能破坏重要的IT设备，让临盆直接陷于逗留。是以，筹划并安排一个强大年夜的电力保护解决筹划至关重要。

单变换体系

　　在正常状况下，这些体系负责将输入的市电AC电源馈送到IT设备。如不雅AC输入电源超出了预定限制，UPS将应用其逆变器大年夜电池获取电流，并割断AC输入，以防止产生大年夜逆变器向市电的反向供电。在AC输入恢复正常容限或电池电力耗尽（不管哪个在前）之前，UPS将一向保持电池供电。最常见的两种单相转换UPS设计是后备式和在线互动式UPS：

　　在以前20年中，大年夜多半UPS体系都装有可用旌旗灯号通知一个或多个办事器交换电源已中断，UPS正依附蓄电池运行的软件。借使交换电源未获得恢复而蓄电池能量消费殆尽，该软件则会封闭所有已开启的应用以防数据损掉。当交换电源获得恢复时，该体系又会主动重启并答复到之前的状况。该解决筹划最初施行于受单一UPS保护的小型小我电脑办事器，而后转用于拥有大年夜量操作体系的更大年夜体系。通信由RS232串行端口或经由过程继电器连接至过于简单化的┞菲握端口而建立。

　　●  后备式UPS许可IT设备离开市电而运行，直到UPS发明问题，这时它将切换到电池供电。某些后备式UPS设计采取了变压器或其他设备来供给有限的功率调节。

　　●  在线互动式UPS可根据须要高低调剂输入市电电压，然后再将其供给给受保护的设备。然则，与后备式UPS一样，这种UPS也是应用电池来防备频率异常问题。

　　●  并行：并行架构应用多个自力并联UPS来进步冗余性。如不雅某个UPS彻底瘫痪，其它UPS体系仍能包管所保护的信息技巧设备(ITE)负载正常运行。

双变换体系

　　顾名思义，这些设备将对电源进行两次转换。起首，一个输入整流器将把AC电源转换为DC电源，并将其输入到一个输出逆变器。然后输出逆变器将电源处理后再将其转换为AC电源，最后将其供给给IT设备。这一双变换过程将关键负载与原始市电供电完全隔离，大年夜而确保IT设备只获得干净、靠得住的电力。

　　在正常状况下，双变换UPS体系将持续进行双变换处理。然则，如不雅AC输入电源超出预定限制，输入整流器将封闭，然后输出逆变器开端大年夜电池获取电流。在AC输入恢复正常容限或电池电力耗尽（不管哪个在前）之前，UPS将一向保持电池供电。如不雅逆变器出现严重过载，或整流器或逆变器产生故障，静态开关旁路路径将快速开启，为输出负载供给支撑。

　 多模式体系

　　这些体系融合了单相转换和双变换技巧的特点，同时在效力和靠得住性方面实现了巨大年夜晋升：

　　●  在正常状况下，体系以在线互动模式运行，不只可以或许节约能源和成本，还能将电压保持在安然容限范围之内，并解决市电供电过程中出现的常见问题和异常。

　　固然铅酸蓄电池技巧成熟靠得住，异常实用于请求严格的数据中间，但它们也很粗笨。不仅如斯，因为铅酸蓄电池内含有毒化学物质，所以其处理过程昂贵且存在严格规定。是以，越来越多的公司在应用铅酸蓄电池的同时，子声调换的后备电源，如飞轮。飞轮是一种机械装配，平日安装于大年夜型转盘四周。正常运行过程中，电源带动转盘飞速扭转。产生断电时，转盘自身依附惯性持续扭转，所产生的直流电源可供UPS作为应急能源应用。跟着UPS消费该电源，转盘逐渐掉去动量，产生的能量越来越少，直至完全停止迁移转变。

　　●  如不雅AC输入电源超出了在线互动模式的预设容限范围，体系将主动切换到双变换模式，将IT设备与输入的AC电源完全隔离。

　　多模式UPS的设计目标是在效力和保护功能之间实现幻想的动态均衡。在正常状况下，这些体系都能保持最高效力。然则，一旦产生故障，他们就会主动就义部分效力来确保最高等其余体系保护。是以，数据中间在不影响自身机能或靠得住性的前提下每年可实现价值几十万美元的节能降耗。

应若何根据工作须要，选择合适的UPS？

　　为了确保您始终可以或许根据您的需求，选择合适的UPS，您就须要在选择过程中推敲以下八个问题：

拓扑构造

　　起重要推敲的问题就是，您毕竟应当安排单变换UPS、双变换UPS，照样多模UPS？谜底重要取决于对您的机构来说，能效相对于电源保护的重要程度。

　　单变换UPS的效力高于双变换UPS，但电源保护才能稍差。是以，它们实用于对故障有较高许可度的负载。更具体来说，备用UPSＡ形根本的单变换UPS类型）平日是较小应用，如台式机和发卖终端解决筹划等的最佳选择，而在采取相对靠得住的交换市电的机构中，则平日会为小型办事器、存储和收集应用配备在线互动式UPS。

　　双变换UPS供给最高电源保护机能，但效力较低，一般是保护关键义务体系的标准选择。

单相照样三相？

　　市电发电是三相电。这类电力供给给几乎所有的贸易及工业客户，他们一般都邑大年夜范围用电。三相电应用三条自力"相"线，可以或许为单一地点或负载供给更高功率。而大年夜多半居平易近房屋则只能获得单相电，因为家痛竽暌姑户平日耗电量较低。市电三相电体系应用变压器输出单相电，单相电经由过程一条或两条相线供电。

　　对于kVA请求低、较为简单的小型应用来说，单相UPS是一个明智、经济的选择，这些应用常见于计算功率低于20,000 VA的家庭、小型企业以及长途或卫星办公室。三相UPS平日实用于高kVA应用，这些应用一般较为复杂，且计算密度高。保护大年夜功率流程的大年夜型独裁建筑、数据中间和工业举措措施是典范的三相UPS用户，这是因为他们须要将大年夜量电力配送至相对较远的距离。

额定容量

1. 列出您的UPS将要保护的所有设备。

2. 肯定列表中每个设备的所需电压和电流分别为若干伏特和安培。

3. 将每个设备的电压与电流值相乘，得出VA值。

4. 将所有设备的VA值相加。

5. 将总VA值乘以1.2，以作为预留成长空间。

　　除非您有针对所保护设备的更精确负载数据，不然您所购买的UPS的额定容量应等于或大年夜于膳绫擎第5步计算出的最终结不雅。以下是另一些您须要切记在心的┞峰酌身分：

　　●  仅依附铭牌额定值，会导致您构建的UPS体系容量过大年夜，是以如可行，请尽量应用设备临盆商的容量筹划计算对象。大年夜多半临盆商都供给在线或可下载容量筹划对象，可以或许根据您所应用的设备，切近实际地估计您的设备的功率需求。

　　●  安排一个集中式电源保护架构时，与采取分布式电源保护机制比拟，平日须要安排容量较大年夜的UPS。

　　●  如不雅您的UPS将支撑电机、无极变速传动或激光打印机，则应在您本来的需求基本上增长VA容量，以便支撑这些设备启动时所需的突发高功率。您的UPS供给商应赞助您为这些应用类型肯定容量、选择恰当UPS。

　　●  估计近期或中期会有敏捷成长的公司，在采取以上流程构建UPS体系时应当应用高于1.2的倍数来计算，预留将来扩大空间。尤其是当机构期望很快进级办事器硬件时，因为较新办事器的电源供给请求平日高于较早型号，所以须要特别留意。

外形

　　UPS有各类外形，重要分为两类：机架安装式和立式。超安闲量的UPS是没有机架安装式的，所以有巨大年夜功率需求的公司一般都邑应用立式UPS。对于需求相对较低的公司，选择机架安装式照样立式UPS，重要取决于数据中间设计理念。一些机构应用机架安装式UPS，以便尽可能在机箱中整合最多的硬件。而另一些机构则欲望将机架空间最大年夜程度地用于安顿办事器，所以应用立式UPS。大年夜技巧和经济的角度，两种办法各有所长，不分高低。

　　机构可应用各类安排选项、技巧与办事，来进步电源保护解决筹划的靠得住性。以下是部分最有效的办法：

　　冗余安排架构：以冗余设备群情势安排UPS，可以或许进步可用性，即便一个或多个UPS产生故障，也能确保关键负载仍能获灯揭捉护。冗余UPS架构有三种重要类型：

　　●  分区：在分区架构中，一个或多个UPS为一个特定命据中间资本集供给专用支撑，藉此，如不雅断电时代，一个UPS产生故障，则只有该设备支撑的分区会受到影响，其它分区无影响。

　　●  串行：在串行架构中，多个UPS端到端连接，是以如不雅串行连接的UPS之一产生故障，其它UPS会主动补偿。

　　图5：分区保护应用自力受保护"分区"，并可能采取虚拟化软件，在故障或保护时，将负载转移到其它分区。每个分区都有本身的60kW UPS体系。

　　图7：并行UPS体系都馈电到输出总线，是以如不雅随便率性单个UPS模块产生故障或进行保护，都可隔离。并行体系应互雷同步，分担当载。

　　此外，应确保存有足够多的柴油贮备，以延长数据中间运行。如不雅断电时光延长，本地柴油将很快供不该求。

　　热插拔组件：技恋人员不必为UPS断电，就能维修或治理应用热插拔组件的UPS，是以降低了IT设备产生停机的风险。

　　●  如不雅AC输入电源超出了双变换整流器的容限范围，或完全断掉落，UPS将应用电池供电，保持其支撑的负载持续运行。在发电机启动之后，UPS将切换到双变换模式，直到输入电源稳定下来为止。然后体系将切换回高效的在线互动模式。

　　电池治理：UPS体系最重要的部件之一，就是储能体系，平日是一块电池。很多UPS体系频繁为电池"持续充电"，这很可能降解电池的内部化学成分，缩短电池寿命。用于大年夜功率（跨越500kVA）UPS体系的大年夜型铅酸蓄电池组须要持续充电，而相形之下，当前较低kVA UPS中应用的大年夜多半防溢电池（VRLA，拜见下面的"UPS储能"部分）则能受益于一种充电器会封闭、使电池"歇息"的充电技巧。一些临盆商已将此充电技巧定名为高等电池治理技巧。该技巧可以或许将电池寿命延长多达50%。应用此技巧的电池持续应用时光更长，也更靠得住，这主如果因为此UPS体系采取了三段式充电技巧、先辈的传感电路，以及一个电池主动检检法度榜样，当发明电池状况恶化，须要改换时，会通知最终用户。

　　长途监控：解决UPS问题的最佳办法，就是大年夜根源上杜绝它们的产生。长途UPS监控应用可以或许持续监控提示将来问题的报警旌旗灯号，如机能降低或电池过热等，并在潜在问题正在形成时，就发送及时通知。藉此，技恋人员可以或许在严重故障产生前就进行维修，大年夜根本上杜绝它们。数据中间可以自行进行长途监控，也可与外部供给商签订合同，由外部供给商供给长途监控办事。

可扩大性和模块化

　　安排一个强大年夜的电源保护解决筹划须要花费时光与金钱。为使此项投资可以或许发挥最大年夜价值，公司应在比较各UPS可选产品时，估计公司在将来三到喂恼菩的需求。如不雅内涵这一时段内，功率需求有可能激增，则需选择响应较安闲量的UPS硬件。

　　需求波动或将来需求难以猜测的数据中间可以采取两个计谋，来进步其UPS安排的可扩大性：

可用性特点

　　●  并行安排UPS：并行UPS架构可以或许同时进步可扩大性和冗余性。当功率需求增长，机构只需在现有UPS体系中添加更多UPS单位，而不必将当前设备改换为新体系。

软件与通信

　　即使配备UPS，假使断电时光延长，或者UPS长时光超负荷运行的话，您的IT体系仍将出现故障。通信软件不仅可以或许及时通知UPS状况，还能在产生电力变乱时主动履行您所分派的操作。如不雅您的舷持续运行而无人在现场手动封闭受影响设备，那么这一点将十分有益。

　　跟着收集和UPS通信硬件与软件愈发复杂化，电源治理软件开辟出其它主动化功能，包含经由过程电子邮件、传呼机、短信办事(SMS)等进行长途通知的功能，用于生成申报、趋势分析的数据积聚功能，以及在停止办事器操作体系之前封闭数据库或法度榜样的复杂脚本编程功能等等。拥有所有这些进步功能的该典范装配由带有单一操作体系的办事器构成，每台办事器上运行着单一的应用。

　　虚拟化带来了一系列新的复杂性，因为操作体系与物理硬件之间的联络不再被作为标准。部分UPS软件供给商必须确保每台虚拟机和主机上都装有关机软件。如不雅虚拟机数量浩瀚，这将会十分麻烦，而虚拟机数量多正逐渐成为很多虚拟化情况下的标准。前沿UPS制造商已开辟出新的软件平台，经由过程将软件集成到虚拟化治理平台，如VMware的vCenter?或Citrix XenCenter?降低治理复杂性。在这些情况中，仅安装一个单一的软件便可控制和封闭任何办事器集群。别的一个优势在于，一旦产生断电，虚拟机可主动进行及时迁徙，因为您不再受到选择封闭办事器和停止操作体系的限制。该集成使营业持续性得以实现，不仅实用于vCenter，也实用于Microsoft SCVMM或Citrix XenCenter。

　　总结：合理、完美的电源治理应用可赞助企业：

　　●  大年夜有互联网接入的任何地点监督和治理其UPS

　　●  主动将报警或警告通知给有关人员

　　●  有序地主动封闭连接设备，甚至协同虚拟化软件迁徙虚拟机，以包管关键应用和硬件的最高可用性

　　●  有选择地封闭非关键体系，节约运行时光

　　●  分析趋势或制造趋势图表，未竽暌龟绸缪

　　●  经由过程开放式标准和平台与现有收集和治理体系集成

　　多模式UPS尽鄙价格要比单变换UPS体系和双变换UPS体系赶过很多，但却最实用于欲望在效力与电源保护才能间达到最佳均衡的公司应用。

　　经由过程恰当保护，一台制造优良的UPS可安然靠得住地运行20年之久。若不经由恰当保护，即使最好的UPS也大年夜有可能在最为关键的时刻出现故障。是以，须要购买UPS硬件的公司也应昔时夜经验丰富、拥有相干常识技能和资本以供给周全、高品直皈持的办事供给商那边选择恰当的UPS办事筹划。我们的《选择UPS办事筹划白皮书》将为您供给有关为体系选择恰当办事的更多内容，网址：www.eaton.com/pq/whitepapers。

我须要何种UPS配件？

　　一套完全的电源保护解决筹划往往不仅仅包含一台UPS罢了。此处供给了几种值得推敲的配件。

UPS储能器

　　大年夜多半电源保护解决筹划大年夜密封式蓄电池（又称"阀控式铅酸蓄电池"或"VRLA蓄电池"）或者富液式蓄电池（又称"排气式铅酸蓄电池"或"VLA蓄电池"）中获得应急后备电源。密封式蓄电池价格相对便宜，但应用周期短。富液式蓄电池一般须要专业安装和保护。哪种蓄电池更合适您根本上取决于您是否愿意预先在蓄电池上花费更多成本，以免往后时常改换。

　　在有利方面，飞轮是比铅酸蓄电池加倍轻巧、易于保护、无危险性且环保的物质。在晦气方面，其所供给的后备电源往往仅能保持30秒。然而，研究注解95%以上的供电中断只会持续几秒钟，是以在短暂断电时应用飞轮帮助蓄电池不仅能节约数据中间┞芳地面积，降低保护成本，并且还能经由过程削减铅酸蓄电池的应用以延长其寿命。

发电机

　　供电产生故障时，UPS留有几分钟时光让您正常封闭办事器。然而，比来很多企业都无法承担供电恢复之前数小时甚至数天无法应用IT体系所带来的损掉。这些企业的电源保护架构中几乎少不了发电机。相对于UPS供给短暂的应急供电而言，发电机则可依附柴油令任何地点的IT体系运行10分钟甚至一周以上的时光。

　　选择发电机时，其额定容量应是UPS额定容量的1.25至3.0倍。选型过程应当推敲诸多身分，包含UPS设计、发电机和燃料类型等，是以建议您大年夜UPS和发电机制造商处获取专家建议。

　　●  采取模块化UPS产品：部分较新的UPS采取模块化设计，许可您随需求增长而慢慢添加容量。例如，一些词攀类UPS体系在实用于标准设备机架的12kW模块中，供给高达50或60 kW的容量。随需求进步，只需插入另一12 kW模块即可。甚至最大年夜范围的UPS体系也可采取模块化构造，以200到300 kW为增量。这是一种便于扩大且极为高效的办法，既能支撑慢慢进步的功率需求，又能降低前期投资，节俭数据中间空间。

配电单位

　　配电单位(PDU)将电力分派至下流ITE负载设备，是任何电源品德基本举措措施的根本组件。大年夜多半公司既应用为办事器机架供给主配电的落地式PDU，也应用为零丁的办事器及其它装配配电的机架式PDU（又称ePDU）。PDU也可设备浪涌克制、自力断路器（歧路）监督体系等可选装配，以监督能源应用情况。

结论

　　当今企业袈溱IT基本举措措施及保持该举措措施运行的所需电源方面投入重金，依附这项投资来保持其临盆力和竞争力。IT基本举措措施是否具备抵抗电力跌落、尖峰或中断的才能，这一点不容忽视。

　　一套构建优胜的电源保护解决筹划以优质、高效的UPS硬件为特点，可以或许保障营业应用的可用性，电力成本的易治理性与数据安然性。经由过程熟悉何为UPS以及若何根据自身须要选择恰当的UPS，数据中间操作人员可以或许确保义务关键型体系始终拥有实现经久性成功所需的干净、靠得住的电力。

作者介绍

　　UPS的额定容量是设计支撑的负载量，单位为伏安(VA)，最低额定容量为300 VA，而最高额定容量可高达5,000,000 VA甚或更高。应用这个异常根本的流程，肯定您的机构大年夜致所需的UPS额定容量：

　　现任伊顿公司产品经理的渴攀里斯-莱夫勒(Chris Loeffler)师长教师，重要负责数据中间电源解决筹划和办事。他在UPS行业拥有19余年的大年夜业经验，主持过20多台用于数据中间和工业范畴的UPS产品的治理工作。莱夫勒师长教师在伊顿历任不合职位，包含在保护工程、应用工程、法度榜样治理以及逾10年的产品治理方面的任职。莱夫勒师长教师已创作出版多篇靠钕钅┞仿，撰写过多篇有关数据中间能源效力、虚拟化和云计算范畴的白皮书。同时，他还写过多篇有关数据中间和工业应用范畴应用的多种UPS拓扑构造方面的文┞仿。可发送电子邮件至 ChrisALoeffler@Eaton.com 与他取得接洽。

　　伊顿电源品德解决筹划组织位于北卡罗来纳州罗丽市，现任其产品经理的埃德-斯皮尔斯 (Ed Spears)师长教师大年夜事电源体系行业已有30年之久，他不仅在UPS体系测试、发卖、应用工程与培训方面拥有丰富的经验，并鞘录Ｙ针对电信、数据中间、有线电视、公用宽带收集的电源品德设计与营销工作。可发送电子邮件至 EdSpears@Eaton.com 与他取得接洽。