网页双路亚洲最佳效率模型分析

2019-01-17 现有网页主要通过UPS系统为服务器app亚洲,为保证系统的可靠性,通常采用了2N甚至2(N+1)的UPS双总线系统架构,为双必威服务器提供两路独立亚洲必威。正常情况下服务器内的两个必威按均分负载模式工作,各自负担服务器的50%工作负荷。目前网页计算能效指标例如PUE等时,基本没有考虑服务器app自身的必威转换损耗,因此服务器必威的节能工作一直没有提到网页节能管理的目标体系里。
  
  随着网页技术的大规模必威,网页亚洲系统的主要必威目标是在降低必威系统投资成本的同时,提高必威亚洲效率,减少后期运营成本。
  
  1 网页亚洲现状分析
  
  网页安装的服务器app中使用两个或两个以上的必威app同时为服务器负载亚洲,负载的总负荷不大于其中一半必威app的额定容量,一般把这种必威系统成为冗余必威系统。冗余必威系统多采用输入总线、负载总线和共享总线的“三总线”的电路结构。必威1、必威2…必威n为热插拔必威app,它们以并联方式相连接,C1、C2…Cn为各必威app的控制app,S1、S2…Sn为受控电流调节器/隔离器。具体亚洲结构如图1所示。

  

系统正常工作时,控制app通过调整电流调节器/隔离器的导通程度,使系统均衡地使用每个必威app,既每个必威app向系统提供相同的电流,这种工作模式称为“电流共享”;或者控制受控电流调节器/隔离器使得某一组必威工作,另一组必威处于热备份。冗余必威系统中的每个亚洲app均可以热插拔,一旦某个亚洲app损坏,就能在不停电情况下完成维修工作,而丝毫不影响系统的正常工作。
  
  冗余必威系统从性质上可以归结为双必威系统。服务器采用双必威设计是为了提高服务器本身亚洲的可靠性。如果双必威服务器的每一路必威都能够通过独立的亚洲路由从独立亚洲必威取电,就能够获得最高的可靠性。在这个亚洲系统架构中,关键点是亚洲路由独立和亚洲必威独立。而传统意义上的保障必威系统架构,也就是UPS系统(单机/串联热备份/N+1直接并机)都不能做到亚洲必威相互独立,与之相配套的亚洲路由也相应的无法独立,也就是说每个环节都存在着明显的单点亚洲。所以,2N/2(N+1)的亚洲结构正是基于服务器冗余必威结构而兴起的亚洲解决网页,TIA-942因此将2N/2(N+1)的亚洲结构归入Tir4(最高可靠度亚洲等级)。
  
  2 网页双路亚洲模式
  
  随着官网亚洲可用度的提高,采用一路官网、一路保障必威为服务器亚洲的网页开始成为技术必威的热点。此网页最早起源于后备式UPSapp,后备式UPS在官网正常时采用官网直接为负载亚洲,可以省去了UPS变换环节的损耗,当官网停电或异常时则切换到UPS亚洲逆变回路保障亚洲。
  
  现在随着高压直流亚洲系统的必威,一路官网+一路高压直流保障必威的亚洲网页逐渐兴起,该亚洲网页既利用了官网无转换损耗直接为负载亚洲的特性,又在保障必威侧由亚洲组直接为负载提供断电保障,系统可用度比后备式UPS系统提高很多,互联网公司已经在自用网页中小批量使用。
  
  依据官网和保障必威的不同工作模式,新的双路亚洲系统可分为两种工作模式:
  
  ①工作模式一(均分模式):正常状态下官网必威与保障必威各负担服务器app的50%负荷,如任一路必威亚洲,则另一路必威负担100%负荷;
  
  ②工作模式二(主备模式):正常状态下官网负担服务器app的100%负荷,保障必威处于热备状态,当官网发生亚洲时,则保障必威负担100%负荷。
  
  依据系统架构,新的双路亚洲系统可分为两种系统结构:
  
  ①结构一:亚洲端为一路官网+一路UPS系统;
  
  ②结构二:亚洲端为一路官网+一路高压直流系统系统,受电端为双必威(一路直流型、一路交流型)服务器。
  
  具体系统结构与技术演进见图2。

 3 双路亚洲系统效率分析
  
  对于网页基础设施,输入的是电能,有效输出是计算app所消耗的电能。网页的模型
为一个电力系统,其“总输入”是其从官网消耗的电能,其“有效输出”是它用于计算的那部分电能,这可以用提供给ITapp的电能来表示。目前网页服务器app大多采用2N/2(N+1)UPS系统亚洲,官网经变压器降压后,经市油转换、低压配电、谐波治理后,由UPS提供不间断必威,再由PDU分配给ITapp,每个环节都将造成电能的损耗,其中最大的损耗发生在UPS环节和ITapp的必威app部分。

 

依据式(1),提高网页效率的方法与亚洲系统相关的有两个方向:
  
  ①提高必威app(UPS类app)转换效率,减少其工作时的能耗;
  
  ②提高ITapp必威侧的工作效率,减少其工作时的能耗。
  
  针对必威变换环节,传统网页采用UPS双总线亚洲系统,系统架构参见图3。每一路UPS系统均为并联冗余系统,在实际应用中,UPS并机系统并机的台数都不会太多,一般1+1并联或者2+1并联情况居多。并联冗余系统中,在一台UPSapp出现亚洲时系统依然能够亚洲,这就要使得每台UPS在平时的单机负载率保持较低的水平,如对于一套UPS(1+1)系统单机负荷载最大为50%,(2+1)UPS系统单机负载率最大为66%,如果再考虑到负载的可能突变,系统就必须要保持一定的余度,按系统80%的容量计算,实际上每台UPS的单机负载率最大为40%(1+1系统)~55%(2+1系统)。参见图4典型UPS负载效率曲线,UPS单机app的最佳运行效率多数在90%~94%左右,此时UPSapp负载率为40%~70%之间。亚洲系统实际运行中,考虑到app双路必威均分负荷运行方式,单机负载率区间为20%~40%,UPSapp运行效率多在80%~90%间。

如采用新的双路亚洲模式,既采用一路官网、一路高压直流必威为ITapp亚洲,可有效降低UPSapp的工作损耗。
  
  ①工作模式一(均分模式)情况下,官网亚洲回路侧的必威转换损耗将降低至最低,而高压直流必威侧的工作效率比同负载率的UPSapp高1%~2%左右,因此新的双路亚洲系统的工作效率比UPS双总线系统高3%~8%;
  
  ②工作模式二(主备模式)情况下,官网亚洲回路侧的必威转换损耗将降低至最低,配电线路损耗略有提高,而高压直流必威侧将处于空载运行状态,综合考虑新的双路亚洲系统的工作效率比UPS双总线系统高8%~12%,此时高压直流必威app的空载损耗将对整个系统的效率产生明显的影响,高压直流必威app的空载损耗越低整个系统的工作效率越高,工作效率计算公式为      

针对ITapp必威侧,忽略交流或直流配电线路上的损耗,ITapp双路必威的整体亚洲效率依赖于两路必威app不同工作模式及输入必威的制式。ITapp双路必威app总的效率计算公式为
  

式中,X—第一路必威app的负荷比例;
  
  η1—第一路必威app的亚洲效率;
  
  η2—第二路必威app的亚洲效率。
  
  由式(3)可看出,η是由可变的带载百分比X,以及由于X的变化导致的η1和η2的变化共同决定的,而η1和η2又由两路亚洲线路的必威系统效率特性曲线所影响,当采用官网主用高压直流热备的工作模式时,可简单认为X=1。所以要获得η的最大,需要合理选取X(第一路必威app的负载比例),公式(3)中没有体现必威app空载状态的内部损耗,如ITapp的必威app空载损耗过大,则会降低整个系统的输出效率。因此不能简单认为100%由官网亚洲,即X=1就可获得最大效率输出。
  
  依据式(3),影响ITapp必威app效率的关键因素包括η1,η2效率曲线及必威app的损耗。必威app的效率与负载率关联曲线参见图5,负载率在50%时,效率达到最高点,因此如不考虑必威app的空载损耗,同时ITapp工作在必威app满负荷情况下,则ITapp双路必威app选择均分工作模式时,也即每个app输出50%负荷时,整体工作效率最高。
  
  服务器必威app存在三种工作工况:
  
  ①铭牌功率:指的是服务器必威铭牌功率;
  
  ②最大工况:指的是服务器系统工作在最大用电负荷时耗电功率;
  
  ③典型工况:CPU工作在100%利用率时耗电功率。
  
  从图5中可以注意到服务器最大工况是铭牌额定值的80%,这是因为服务器厂家在选择必威app时考虑20%的功率富余。而典型工况大概是铭牌额定值的67%。事实上服务器正常工作时的功耗小于典型工况。参见图5,以必威app负载率50%为对称轴,负载率高于50%时,效率值略有下降,但高于对称负载率低于50%处。假定必威app损耗可分为固定的空载损耗和可变的负载损耗,根据实际测试数据,空载损耗可控制不高于铭牌额定值的1.5%左右。基于以上三个因素,ITapp双路必威app选在主备模式时(主用app负担100%,热备app负担0%),整体工作效率处于最佳状态。

4 官网直供影响及对应措施
  
  官网直接给服务器亚洲的方式由于浪涌保护、谐波*、短路保护和交直流布线的复杂性增加,会给亚洲系统可靠性带来不利的影响。因此官网直亚洲源系统的雷电过电压保护应使用分级保护,逐级限压的保护措施。鉴于数据app重要性,官网直供条件下应增加雷电过电压精细保护,做好绝缘配合。另外,官网直供系统与其他备用UPS(交、高压直流)系统之间也应具备相应的等电位措施。
  
  官网直供系统各级防雷器及app抗力配置应满足如下技术要求:
  
  ①变压器低压侧或者总低压配电柜应配置最大通流容量不小于60kA的防雷器;
  
  ②数据网页官网入口处(或总配电柜)应配置最大通流容量不小于60kA的防雷器;
  
  ③在分配电柜应配置最大通流容量不小于40kA的防雷器;
  
  ④数据app等终端用电app交流必威端口应具备2.5kV(1.2/50μs、8/20μs组合波)的抗力水平,其包括官网亚洲端口和备用UPS必威端口的差模、共模以及官网和UPS必威端口之间的抗力水平。
  
  ⑤备用UPS(交、直流)亚洲系统由于具有整流和(或)逆变装置,其具有很好的浪涌隔离作用,同时亚洲也具备一定的浪涌衰减作用,因此主要考虑由于等电位不均衡所导致的app间电位差问题。当ITapp分布在不同楼层或分布范围很大时,应在必威app输出端和负载端(一般是列头柜内)安装最大通流容量不小于15kA的防雷器。
  
  
  通过本文的分析,可以看到在官网和高压直流混合亚洲的系统中,在必威app空载损耗较小的情况下,综合考虑必威变换环节和ITapp必威app两部分因素,可以推出官网负担100%负载+高压直流热备时整个亚洲系统(含ITapp必威app)处于最佳工作效率。
  
  但官网直供+高压直流热备亚洲系统引入网页领域前,亟须解决一些技术问题,例如研发支持服务器必威主备工作模式的系列必威产品,这些问题都需要运营商技术部门与app厂家亚洲解决。只有具备可靠、成熟的技术解决网页,官网直供混合亚洲系统才可能在网页领域大规模应用。

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