IT設備電源供應器性能對數據中心能耗的影響

余寧+馬鑫軍

【摘要】 在當前的社會中，能耗問題已經成為了一個較為嚴重的問題，在節能減排的發展趨勢下，數據中心能耗問題受到了越來越多人的關注。對于數據中心能耗來說，IT設備電源供應器的性能會對其產生較大的影響。基于此，本文著重分析了IT設備電源供應器性能對數據中心能好的影響，并對高性能電源供應器的實現進行了研究。

【關鍵詞】 IT設備 電源供應器 性能 數據中心 能耗

前言：

通信行業是我國的一個重要行業，在通信行業當中，每年的耗電量均超過了300億kWh。隨著互聯網技術的發展及應用，在運營商數據中心，耗電量占比正在逐漸增加。隨著社會經濟的快速發展，經濟結構的不斷完善，數據中心能耗問題將會更加嚴峻。因此，數據中心的節能減排問題就具有了更為重要的意義。對于數據中心能耗來說，IT設備電源供應器的性能會對其產生較大的影響。因此，應當致力于研究和實現高性能電源供應器，從而降低數據中心的能耗，實現良好的可持續發展。

一、數據中心能耗分析

在數據中心當中，能耗主要來自于存儲器、服務器等IT設備，以及辦公照明、空調系統、供配電系統等物理基礎設施。其中，兩個部分的能耗大約各占50%，對于IT設備來說，電源供應器大約找到20%的能耗。而基礎物理設備中，供配電系統、空調系統等能耗較大。對于基礎物理設備，主要采用新型節能技術，例如高壓直流供電技術、空調變頻技術、精確制冷技術、自然冷卻技術等。而對于IT設備來說，能耗控制主要在于主功能單元的節能運行[1]。不過，在IT設備電源供應器方面，因為其主要是原始設計商的產品，因而用戶通常會對IT設備電源供應器的能耗控制有所忽視。

二、IT設備供電分析

2.1效率模型分析

通過對IT設備供電效率模型的建立，分析IT設備能耗問題。在當前很多數據中心IT設備中，都應用了UPS供電技術。在傳統供電中，變壓器對市電進行降壓，在諧波治理、低壓配電的基礎上，為UPS提供不間斷電源，通過PDU向IT設備分配。在以上各個環節中，都會造成電能損耗。其中能耗最大的在UPS環節，其運行效率通常為90%左右，而如果UPS系統冗余配置較高，負載率較低，則運行效率還會更低[2]。因此，在這種情況下，當IT設備電源供應器提高1%的效率，能夠降低1.18%的能量損耗。同時，以3.2的空調能效比計算，空調系統耗電量可下降0.37%，因此數據中心能耗可降低1.55%左右。

2.2輸入功率因數影響

IT設備電源供應器的輸入功率因數，也會對數據中心能耗產生影響。因此，如果電源供應器輸入功率因數較高，中性線電流、相電流就會相對較低，在電流傳輸當中，能耗也可得到降低。同時，能夠對供配電系統電源質量進行提升，對系統設備運行環境、設備可靠性等進行改善。80 PLUS認證是國際上較為認可的認證標準。經過80 PLUS認證的電源供應器，能夠降低80%左右的中性線電流和40%左右的相電流。同時，均具有典型正弦波形的電流波形，在波形畸變率、峰值電流等方面，也要小于常規的電源供應器。

三、高性能電源供應器實現

3.1電源供應器轉換效率提升

IT設備電源供應器從以往的線性電源轉變為開關電源，轉換效率得到了極大的提升。不過由于開關電源功率傳輸及電源管理過程損耗的影響，因此轉換效率再次提升的難度較大。對此，通過應用新的元器件和技術手段，能夠繼續提升高性能電源供應器的效率，最高可達95%左右[3]。輸入交流電源經EMI濾波，由DC-DC、PFC等轉換功率，形成電壓等級不同的低壓直流電元，對IT設備各個功能元件進行供電，能夠實現能耗的進一步降低。因此，為了使電源供應器的效率得到提升，應當從各個功能單元或元器件著手。

3.2電源供應器功率因數提升

在當前的實際應用中，很多功率因數校正電路，仍然應用了升壓拓撲結構，對有源功率因數校正技術進行應用，從而能夠提升電源供應器功率因數，使其達到0.99以上。此外，在行業內，正在研究和應用無橋PFC、交錯式PFC、降壓拓撲結構PFC等技術，從而能夠進一步降低能量損耗，實現功率因數的進一步提升。

四、結論：

在當前社會中，各行各業都在倡導節能減排的發展趨勢，對于通信行業來說，由于數據中心的高能耗問題，使得節能減排效果并不理想。在數據中心當中，IT設備電源供應器是一個容易被忽視的部分，而其具有較大的節能減排潛力。因此，基于研究IT設備電源供應器性能對數據中心能好的影響，對高性能IT設備電源供應器進行應用，能夠實現更為理想的節能降耗目標。

參 考 文 獻

[1]高凱亮， 周荔丹. 數據中心UPS系統與HVDC系統的效率比較[J]. 電器與能效管理技術， 2015（15）：57-61.

[2]孫發強， 鄢貴海， 李華偉，等. 基于資源配置等效性的數據中心能耗優化[J]. 高技術通訊， 2016， 26（4）：323-332.

[3]馬勇， 李敏， 于仕，等. 數據中心IT設備可視化建模與監控平臺技術研究[J]. 電力信息與通信技術， 2015， 13（7）：61-64.