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多元設計 打造高效能UPS
 

【作者: 王明德】   2014年07月28日 星期一

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UPS已不僅是防止斷電的輔助設備,其重要性已因其穩定電源的功能性逐步提升。在如此成熟發展的設備架構下,如何提供高轉換效率的產品,以UPS角度出發,已成為技術發展的主要課題,廠商也推出各類方案,達成UPS的「高效化」。


不論是生產線自動化或機房設施,不斷電系統(UPS)在電力的應用上,都佔有一個重要的地位;前面提過,傳統的UPS主要的工作在於電源的「備援」作用,而現在由於技術進步,廠商對UPS的需求,也從「備援」功能提升為解決電力問題的「穩定」功能。


圖一
圖一

UPS本身是一個非常成熟的產品,現階段在一片的節能環保的聲浪中,幾乎所有的廠商所著重的眼光,主要仍是往提高UPS運轉效率,並減少功率轉換損失的方向在前進。


也因此,工商業企業端對於UPS的重要性認知早已無庸置疑。對於企業來說,UPS的接受度很高,為了防止突發狀況所造成的損失,寧可事先購置UPS來確保設備本身的運作與品質;而電力問題造成損失的金額,往往等於幾十台UPS,整體效益來說,使用UPS比較具有經濟效益。此外,規劃時也必須注意如UPS本身備援程度的限制與極限等事項,並針對該系統所需電力去規劃,才能夠設計出最符合系統或廠房所需的UPS應用方案。


對於機電設備而言,UPS本身的負載適應性是最重要的考量。因機電現場環境往往充斥著許多的雜訊干擾,像是雷擊、週邊負載設備的開關機、發電機以及無線電通訊等等,如UPS本身容易受到雜訊的干擾,而致使功能不正常,對於機電設備反而是一種負擔。換句話說,所謂「工業級」的不斷電系統對於外來的干擾,必須具備相當程度的耐力,必須在不受影響的情況下持續保護機器設備的運轉。


轉換效率為中心 UPS邁向多角高效化發展


以UPS為中心觀察,電力轉換的效率可以說是在高效要求規畫的首要目標。以其技術來源來看,UPS將市電轉換維直流電儲存,在環境有用電需求時再轉換回交流電供設備使用,從中即可將UPS區分為「離線式」、「在線互動式」以及「在線式」設備,對於較具成本考量,或是對於電力要求較有彈性空間的應用需求來說,離線式與在線互動式較可符合經濟效益需求;但相對來說,在線式主要則是提供給對於電力要求嚴謹的應用環境,在電力轉換時間上需要保持零中斷,才能夠隨時提供最穩定且不間斷的電源。


當所有的電力經由UPS轉換後,再行提供設備使用,以大型工業環境多使用的在線式UPS,相對而言將造成較大的功能損耗,如何降低這類問題,已成為廠商需求課題;多家廠商針對此一部分,推出整合型解決方案,包括在較為優良的供電環境中,UPS可以選擇將電路轉換到不用通過核心的Economic Mode迴路,直接使用市電啟動設備,當電力品質降低時,再走回UPS的核心迴路,以減少轉換中的損耗。


此外,迴路的整合也是新的趨勢。一般以科技廠房為例,為了達到電力備援的目的,其所接受的電源可能包括市電及自有發電設施,其中一個迴路出問題時,即可透過另一個迴路替補供應電力;然過去的UPS僅能接受一個迴路,在電力迴路進行替補的過程當中,仍可能造成電力的間斷與不穩,而現階段的UPS產品已可幾乎零時差的進行迴路轉換,讓接軌更為直效。


雲端及IoT發展 UPS隨機房之需求齊步提升


加上企業對於IT設備的應用需求亦日漸增加,雲端整合或IoT應用項目,勢必成為企業應用主流,整合這些資料庫的中心,其數量及規模也跟著日益增大,高居不下的營運成本、日趨驚人的能源消耗,敲響嚴重資源浪費和環境污染的警鐘,機房的效能成為重要訴求,朝更為節能、更高效率、可持續性的資料中心轉型。


機房中與IT系統最為緊密相關的部分,主要是由電力、空調、機架、管理及服務等聯手組成的系統,過去使用者多專注在單一的UPS性能指標提升,目前逐漸將注意力直接投注到整個電力系統與網路環境上,像是Green Grid協會就制訂出以PUE(Power Usage Effectiveness;能源使用效率)用以評估機房針對能源應用效率。


傳統的PUE關注的部分,廠商想盡辦法想要將PUE值降低,以跟上世界潮流;但現在所標示的PUE,其實並非實際運轉的效率。專家認為,「真實」的PUE是動態流動的,隨著時間隨著IT負載設備用量變換,PUE亦會跟著設備負載,而跟著變換,因此不論從UPS或從系統著手,如何讓UPS隨著IT負載增減,調整到最佳的輸出效能,正是目前努力的目標。


不以滿載為期待 UPS與機房觀察最適化效率


等同於PUE呈現的,多是UPS的負載效率,這裡主要指的是「滿載效率」,也被稱為標稱效率Nameplate Efficiency,也就是在設備負載100%底下的最高使用效率。近年來,UPS的滿載效率,亦從過去的88%至90%,提升到現在的超過90%,甚至可高達99%的高效率,但這樣的「成績」是否真能符合需求,其實不無疑慮。


由於系統負載只要超過負荷,為了避免危險發生就可能因此而跳機,所以達到滿載效率的機會其實不高;而廠商也不會為了提高效率,甘願冒著跳機的風險,於是從近年開始,廠商也開始專注於不同程度的負載,所提供之效率的提升來進行研究,多家廠商也在於UPS在10%至35%的正常負載值下提升效率,也達到了相當的成果。


當然,接近滿載時UPS等設備效率的確較高,廠商除了針對單一UPS設備的最適負載時的效率提升外,如何提升一定程度的負載量來達到效率的最佳化,也是一種選擇;因此部分廠商也透過「模組化」UPS裝置的模式,讓系統負載降低時,智慧地關閉部分模組,適當的將UPS的負載提升,以達到較佳的負載效率,也成為廠商設計UPS系統的一個選項。


此外,在資料中心與機房中,UPS僅是系統中的一環,在追求效率的同時,仍需要針對機房進行完整規劃。系統性思維方式是機房建置另一關鍵轉變,除了繼續研發高效、節能的UPS,還跨入由UPS衍生而出的整體整個架構節能,包括電源和製冷服務等項目,高效率的設備僅為高效的第一步,如何達成更完整效能化,將是後續關注的重要議題。


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