電源協(xié)會韓林談諧波治理：化解供電系統(tǒng)隱形故障

中國IDC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟訊 為了提升數(shù)據(jù)中心行業(yè)對安全管控系統(tǒng)更加全面的認(rèn)識及技術(shù)的發(fā)展，加速推廣電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟特于6月24日在京具舉辦“2011中國數(shù)據(jù)中心動力安全能效管理趨勢研討會” ，邀請國內(nèi)眾多資深專家就數(shù)據(jù)中心安全運維和電能質(zhì)量管理等議題進行深入交流和探討。

中國IDC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)作為中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟的官方指定媒體，對此次大會進行全程深入報道。

中國電源協(xié)會高級工程師韓林在演講中指出，數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以目前是以UPS電源為核心的低壓交流供電系統(tǒng)，包括輸入電源系統(tǒng)以及以UPS為核心，幫助UPS輸入、輸出配電一直到負(fù)載之前的供電系統(tǒng)，包括配電、配電柜、電壓其、電纜等。

供電系統(tǒng)的諧波仍然是一個隱形故障，因為在關(guān)聯(lián)系統(tǒng)當(dāng)中存在兩方面的諧波源，一個就是負(fù)載的開關(guān)電源，雖然05年以后有新的IDC標(biāo)準(zhǔn)，類似于開關(guān)電源模塊的小容量電源產(chǎn)品，它的諧波不能夠超過20%。但是負(fù)載的開關(guān)電源設(shè)備都是一些單向負(fù)載，含有一定量的諧波。

以下為中國電源協(xié)會高級工程師韓林演講全文：

韓林：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家，大家下午好！今天非常高興有這樣一個機會跟大家共同探討有關(guān)數(shù)據(jù)中心動力安全管理這樣一個課題。

目前來講，數(shù)據(jù)中心當(dāng)中存在的問題也比較多，特別是在電源系統(tǒng)方面，由于咱們的時間也比較緊張，所以我就選擇兩個話題跟大家簡單的探討一下。第一個問題，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)目前的現(xiàn)狀，特別是電源系統(tǒng)目前存在的發(fā)展趨勢；二是供電系統(tǒng)當(dāng)中存在的問題，也把它羅列了出來跟大家共同交流和探討。

數(shù)據(jù)中心國外從1997年開始大量數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，國內(nèi)是從2000年開始，但是數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過去一直沒有標(biāo)準(zhǔn)。大家知道，2005年頒布了美國ANSI/TIA-942的標(biāo)準(zhǔn)，，我們國家08年有一個GB50174的標(biāo)準(zhǔn)，有了國內(nèi)、國外更多的規(guī)范，可以獲得一些指導(dǎo)性的意見。

經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展促進了數(shù)據(jù)中心事業(yè)的發(fā)展，發(fā)展的速度也是非?？?，包中大型的數(shù)據(jù)中心越建越多，每年都可以聽到有新的大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)在開始，比如像天津的超算，深圳的超算，還有濟南的超算這樣一些國家大型數(shù)據(jù)中心。還包括像前些日子聽到的，在重慶要建一個10平方公里的云計算中心。像這樣一些大型數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，說明國內(nèi)數(shù)據(jù)中心事業(yè)的發(fā)展的確有一個突飛猛進的發(fā)展。

數(shù)據(jù)中心成為新經(jīng)濟的一項標(biāo)志，從各行各業(yè)，無論是工農(nóng)業(yè)、企業(yè)、商業(yè)，包括國防一直到人們的日常生活當(dāng)中，都受國際互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，同時它的背后就是數(shù)據(jù)中心在強有力的支持。剛才很多專家已經(jīng)談到了這方面的論點。

打造綠色數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為時代的一個潮流，節(jié)能、低碳、環(huán)保是我們數(shù)據(jù)中心發(fā)展的一個方向，安全、可靠、可用、可信是一個基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)不可能離開這個基礎(chǔ)而單純的只是向節(jié)能環(huán)保這個方向去努力。

科學(xué)管理在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用方面的確還是一個新的課題，建設(shè)一個數(shù)據(jù)中心有相應(yīng)的一些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，大家很容易去理解它，并且有一些相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)部門、供應(yīng)商，他們可以提供相當(dāng)完整的基礎(chǔ)設(shè)施方案。但是真正把一個數(shù)據(jù)中心用好，能夠把它管理好，確實是我們遇到的一個比較新的課題。數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用包括運行維護、能效管理、人員培訓(xùn)，還有專業(yè)化的服務(wù)。

數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以目前是以UPS電源為核心的低壓交流供電系統(tǒng)，包括輸入電源系統(tǒng)以及以UPS為核心，幫助UPS輸入、輸出配電一直到負(fù)載之前的供電系統(tǒng)，包括配電、配電柜、電壓其、電纜等。

在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中，目前的供電系統(tǒng)應(yīng)用2N也好，N+1也好，這樣的系統(tǒng)的應(yīng)用是非常多的。建立兩套獨立的UPS系統(tǒng)，形成UPS。通過UPS輸出的配電達到負(fù)載的列頭柜，進入每個機架。這是最常見也是最普及的供電模式。對于一些比較重要的負(fù)載來講，還可以通過STS，通過負(fù)載列頭柜來實現(xiàn)二次性的雙母線的負(fù)荷，也就是把原來的雙母線變成一套與原來不基本一樣的復(fù)合雙母線為一些新的負(fù)載去配電。比如金融行業(yè)，有一些生產(chǎn)性的負(fù)載，都是采用了區(qū)域3、區(qū)域4這樣的供電諾士。STS的系統(tǒng)來講，它的可靠性、可用性以及可維護性都會得到一個比較好的發(fā)展。當(dāng)系統(tǒng)容量增大的時候，我們也可以在系統(tǒng)的建設(shè)上預(yù)留一定的安裝接口。

供電系統(tǒng)設(shè)計和配置中存在一些問題，有一些和后期的運行管理有密切關(guān)系。一是供電系統(tǒng)可靠性、可用性存在的問題：負(fù)載對供電可用性的要求越來越高，可用性按照我們的理解，負(fù)載計算機可以正常運行的時間與總時間之比，這個正常運行時間里面應(yīng)該包含有降級使用的時間。什么叫降級？比如說UPS是2+1冗余的，換了一臺，現(xiàn)在沒有冗余了，但是你的計算機依然能夠正常供電的，這種就是屬于降級使用。降級使用的時間應(yīng)該在可用時間或者正常運行時間之內(nèi)，如果要不把它包含在可用時間之內(nèi)，就會帶來很多將來在運維管理方面的誤導(dǎo)或者觀念上的混淆。

負(fù)載對供電質(zhì)量的要求降低，為什么？是因為目前來講，我們的計算機負(fù)載輸入范圍變寬了，比如說電壓，從原來5%，現(xiàn)在放寬到10%，頻率從原來的1%，現(xiàn)在也放寬了。

負(fù)載對供電連續(xù)性的要求有所提高，但是對于供電瞬間的間斷時間要求也是降低了。剛才很多專家都已經(jīng)講到，從CBEMA這條曲線規(guī)定計算機的供電電壓等于零的時間是10個毫米，后來后來的曲線公布出來的電壓等于零的時間已經(jīng)放寬到20毫米。所以計算機對供電要求不是很苛刻。

作為電源系統(tǒng)來講，如果單純來提高某一個設(shè)備或者某一個裝置的可靠性，現(xiàn)在來講已經(jīng)很難了。大家可以理解，比如斷路器我們可以選擇一些比較好、比較知名的品牌，但是你要讓這個斷路器各項性能能夠再提升一個臺階，它的機械強度、短路電流的承受能力等等再要增加的話很難。UPS也一樣，發(fā)展到現(xiàn)階段，如果讓UPS的MTBF再成倍的提高也不可能。在這種情況下，改變設(shè)備可靠性已經(jīng)比較難，所以如果要想使負(fù)載獲得更高的可用性，只有從系統(tǒng)架構(gòu)上去提高它的可用性。

經(jīng)常大家說各個廠家的設(shè)備都差不多，這也說明我們的產(chǎn)品已經(jīng)成熟化，市場化，甚至就是一個通用設(shè)備，跟電視機一樣，你的電視機可以接錄像機，可以接數(shù)碼相機。

當(dāng)電源設(shè)備仍然占據(jù)一定比例，成為單路徑故障點。所以在這方面還有可以進一步改進的。雙電源供電系統(tǒng)日趨成熟，但是配置結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，不光是設(shè)備的種類多，而且包括供應(yīng)商也很多，這個時候可能就會出現(xiàn)眾口紛紜的情況。這個“口”不光五流傳，大家有一個口碑，而且各個供應(yīng)商之間的接口也是非常重要值得我們探索和深思的。[!--empirenews.page--]

我們在這提出來一些問題，并不是說一個專門的研討會去研討它的技術(shù)，只能說我們?nèi)ヌ峁┮环N解決的方向。比如說我們可以通過冗余來改變系統(tǒng)的可維護性，一個系統(tǒng)不可能不對它進行維護，任何設(shè)備、電纜、斷路器、UPS、ATS都是需要維護的。

用雙總線來增強故障容錯的能力，避免天災(zāi)人禍。比如像很多重要的行業(yè)，自從四川大地震以后，包括日本地震以后，要求UPS也拿去做震動測試，震多長時間，按照多少級來震，這些實際上是對產(chǎn)品品質(zhì)的監(jiān)測，但是對于系統(tǒng)來講，我們是一個基礎(chǔ)設(shè)施，所以還是以雙總線的形式去做是一個比較好的選擇。

模塊化，大家有的時候都是考慮到UPS產(chǎn)品自身的模塊化，認(rèn)為UPS是有一個一個的抽屜插入的。這個觀念比較局限化，在大的系統(tǒng)里面，不可能采用一個10千瓦、20千瓦的模塊去拼接一個計算機系統(tǒng)?，F(xiàn)在經(jīng)常遇到的中大型數(shù)據(jù)中心變壓器2500，UPS2400，這樣一個大的系統(tǒng)要用10千瓦、20千瓦去拼的話，節(jié)點就太多了。

可管理性，剛才大家也提到了很多，包括一些新的設(shè)備和儀器，它不僅是對于設(shè)備、系統(tǒng)的管理，可管理性應(yīng)該還包括人員的管理。在942當(dāng)中，對于人員的培訓(xùn)、管理、服務(wù)提出了很明確的要求，但是大家往往看的比較多的、關(guān)注比較多的是空調(diào)應(yīng)該怎么配，UPS怎么配，接地怎么做，但是真正對于人員的管理、對于人員的培訓(xùn)重視的程度不夠。所以我們要避免一些人為的故障，預(yù)見一些問題的隱患，其實跟人員的培訓(xùn)還是有密切關(guān)系的。

系統(tǒng)的集成化，提高系統(tǒng)的可用性。我們所說的系統(tǒng)集成化并不是說所有設(shè)備的羅列，而是希望從供電設(shè)備的制造商和渠道商來講，能夠做到統(tǒng)一化。有的數(shù)據(jù)中心可能為了平衡關(guān)系，空調(diào)是一個廠家，UPS一個廠家，甚至諧波治理是另外一個廠家，有負(fù)載電路柜的供應(yīng)商等等，一套電源系統(tǒng)結(jié)果弄的十幾個供應(yīng)商，出了問題之后，大家就該相互推諉了。在工程設(shè)計和施工的規(guī)范化，采用的是比較專一的供應(yīng)商的話，工程設(shè)計和施工方面有一個按照他比較規(guī)范的行為去做這樣的事情。

設(shè)備和子系統(tǒng)的集中管理，前面專家講的比較多，在這就不占用大家時間了。

供電系統(tǒng)的諧波仍然是一個隱形故障的問題，因為在關(guān)聯(lián)系統(tǒng)當(dāng)中存在兩方面的諧波源，一個就是負(fù)載的開關(guān)電源，雖然05年以后有新的IDC標(biāo)準(zhǔn)，類似于開關(guān)電源模塊的小容量電源產(chǎn)品，它的諧波不能夠超過20%。但是負(fù)載的開關(guān)電源設(shè)備都是一些單向負(fù)載，含有一定量的諧波。這些新的特性也要求UPS有一些相應(yīng)的變化。

UPS主要的諧波來自整流器，特別是可控硅整流。諧波對于電纜、供電系統(tǒng)有很大的危害。由于電源系統(tǒng)當(dāng)中諧波的存在，對于接地系統(tǒng)也提出非?？量痰囊?。大家都知道，零地電壓的問題，中性線電流的問題，這些方面都有一些相應(yīng)的問題。

解決的方向，如果是UPS本身諧波高，最好輸入諧波含量低的UPS。比如，IGBT-PFC整流的無變壓器UPS。選擇按照“高負(fù)載功率因數(shù)”設(shè)計的UPS，例如06年以后設(shè)計生產(chǎn)的高頻機UPS。選擇運行效率更高的UPS，例如互動式（VI或FD）UPS。隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，計算機負(fù)載對于供電可容性要求高，對于輸入放寬了，所以互動式UPS才有可能重新進入到供電中心。從綠色、能源角度來講，互動式UPS更是發(fā)揮了它的高效率。

消除零地電壓也是電源系統(tǒng)特別重要的一個問題，但是我們覺得零地電壓在以往的電源系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)中有一些誤導(dǎo)。現(xiàn)在的開關(guān)電源模塊是電氣完全隔離，從交流輸出到直流輸出，從220V交流輸入一直到后面計算機的輸出，中間都有高頻或者耐沖式的變壓器進行隔離。所以開關(guān)電源或者說CPU的對于交流電源系統(tǒng)的中線已經(jīng)沒有這種依賴性了，CPU對于零地電壓并不敏感。

通訊方式的改變，也是對零地電壓不是那么敏感了。過去都是采用計算機是點對點的方式，點對點應(yīng)用最多的就是串行或者并行，串行信號或者并行信號的傳輸方式現(xiàn)在已經(jīng)以以太網(wǎng)、光纜傳輸這些東西取代，所以對于直流地已經(jīng)不再依賴。新的服務(wù)器上面幾乎沒有一個明確的標(biāo)注點說這個就是直流地，我們都看不到，在這種情況下，零地電壓對計算機負(fù)載并不敏感。

再一個比較誤導(dǎo)人的是，零地電壓上升都是UPS造成的，實際上UPS并不是零地電壓上升的元兇。

隔離變壓器，它可以比較好的降低零地電壓，特別是重新組成的零線系統(tǒng)，使得零地電壓比較低，但是我們也要探討加這個隔離變壓器在你的系統(tǒng)當(dāng)中對于可用性的提高有沒有必要值得商討。因為變壓器的引入帶來了很多問題，比如說變壓器的勵磁涌流的問題，它對于發(fā)電機的沖擊是一個不可忽視的問題，包括斷路器選擇性的配比，都是非常重要的問題。還有由于安裝了變壓器，假如下線負(fù)載短路，短路電流會造成變壓器二次電壓的跌落問題，如果跌落比較多，超過10%或者超過15%了，很可能這個變壓器下面所有的負(fù)載都要停電，因為變壓器的電壓過低了。

供電系統(tǒng)建造成本和能源效率問題，一個是PUE，一個是TCO。解決建造成本的問題，包括提高設(shè)備利用率。不要過度規(guī)劃，數(shù)據(jù)中心的負(fù)載量、電力的評估、電力的估算、空調(diào)制冷的估算往往會造成過度規(guī)劃。剛才很多專家也提到了，負(fù)載率那么低，你的效率不可能高，再加上過度規(guī)劃，實際負(fù)載率遠遠低于設(shè)備的負(fù)載率，這個時候?qū)τ陔娖髟O(shè)備來講，對于UPS來講，也希望UPS有智能化的休眠和喚醒功能。

系統(tǒng)運行、維護的難度問題。供電系統(tǒng)日趨復(fù)雜，沒有正常的維修保養(yǎng)時間，這是后期的運行和維護保養(yǎng)中經(jīng)常會遇到的一個問題。一個2N的系統(tǒng)或者2N+1的系統(tǒng)本身是可以同時維護的，但是系統(tǒng)的管理人員或者運維的制度不允許或者不能夠給你提供預(yù)防性的維護時間，你不停電，沒問題，你可以幫忙測測連接有沒有問題，但是一到了設(shè)備，你的設(shè)備太臟了，我得清掃，清掃肯定得停電，不停電誰敢去清掃？再說吹出來的灰塵本身含有一定的導(dǎo)電顆粒的話，也會故障。把一個可以停電維修的系統(tǒng)不給它提供預(yù)防性的維護時間。還有提到不允許轉(zhuǎn)旁路，包括在一些用戶現(xiàn)場看到過的規(guī)章，雙電源負(fù)載不允許一路供電。還有不敢進行電池放電測試的，多少時間做一次？我們一年也不做一次。為什么不敢動？動了怕電源出問題。這是運維管理者概念上的偏差。易損部件不愿意更換，在設(shè)備里面，你要想獲得一個系統(tǒng)的高可用性，對設(shè)備的維護，更換一些易損件也是必須的。[!--empirenews.page--]

系統(tǒng)要求提高運行維護水平越來越高，但是很多數(shù)據(jù)中心缺乏一個系統(tǒng)化的專業(yè)培訓(xùn)。供應(yīng)商多，工程界面多，出了故障以后，大家相互推諉，說這個不是我管的，這個你找電池廠商，那個你找發(fā)電機ATS廠商等等。

在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計的時候，事實上不管是設(shè)計部門也好還是設(shè)計人員也好，對于系統(tǒng)設(shè)計缺乏一個全面保護的規(guī)劃和設(shè)計。比如說電源系統(tǒng)設(shè)計的，我就管變壓器，我就管空調(diào)多少容量，至于每一臺UPS輸入斷路器怎么診定，輸出斷路器真怎么診定，他是沒有這個設(shè)計的，設(shè)計人員拿不出一個系統(tǒng)的方案，拿出來的仍然是零零碎碎或者安全以往經(jīng)驗做出來的評估。假如說12脈沖的UPS你應(yīng)該怎么整這個斷路器。規(guī)律也很簡單，大家真正理解它了，設(shè)計人員也能做好這個工作的。

缺乏第三方認(rèn)證和評估，在國內(nèi)曾經(jīng)有人問我，你知道咱們國家哪能做數(shù)據(jù)中心等級的評估嗎？我說不知道，還真沒有一個國家的權(quán)威機構(gòu)，哪怕是民間的機構(gòu)也可以。大家對于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，說我花了這么多錢，到底我是不是按照A級的機房標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)的呢？到底我哪不夠A級，哪是已經(jīng)超過了A級，這種真正的第三方認(rèn)證和評估，對于整個數(shù)據(jù)中心的管理來講仍然是比較的困難。

解決方向，對于人員的管理和對于設(shè)備的管理兩方面應(yīng)該是齊頭并進的。剛才也提到了培訓(xùn)，專業(yè)培訓(xùn)大家最好能夠消除一個誤會，我們的專業(yè)培訓(xùn)不應(yīng)該是某一設(shè)備的維修培訓(xùn)，因為我們的運維人員針對的是管理一個整個的系統(tǒng)，不管你的電源系統(tǒng)也好還是空調(diào)系統(tǒng)也好，還是安防系統(tǒng)也好，對你這個系統(tǒng)的來龍去脈，比如說電源系統(tǒng)從變壓器、發(fā)電機一直到列頭柜甚至到列頭柜的配電單元，你是不是都很清楚它的容量，知道它的利用率，知道它有什么毛病，知道它有故障的時候我去找誰，很多東西都不知道。一講培訓(xùn)，就是這個設(shè)備UPS應(yīng)該怎么開關(guān)機，怎么來操作，這些不是說沒有必要，但是我們不能把運維人員的培訓(xùn)局限在原理培訓(xùn)上。還包括演練，我聽說很多銀行每個月或者兩個月都有這樣一個演練，也是非常重要的。

應(yīng)該選擇有資質(zhì)的供應(yīng)商，建立必要的專業(yè)化服務(wù)。設(shè)備的修理是設(shè)備廠家的事，但是管理這樣一個服務(wù)是我們運維人員或者數(shù)據(jù)中心管理者應(yīng)該做的，只有通過你選擇合適的供應(yīng)商，有誠信，經(jīng)過一段時間的考驗，同時建立專業(yè)化的售后服務(wù)合同，才能真正做到24小時的現(xiàn)場響應(yīng)和專業(yè)化的服務(wù)。

就簡單跟大家說這些。謝謝大家！