數(shù)據(jù)中心的PUE值和功率因數(shù)要怎么理解
2017-5-25 9:42:02??????點(diǎn)擊：
PUE是指能源使用效率，在建設(shè)數(shù)據(jù)中心時(shí)候，PUE值多少一個(gè)很重要的參考數(shù)據(jù)，因此很多企業(yè)希望改進(jìn)其PUE值，并計(jì)劃對(duì)此投資改進(jìn)。然而這些耳熟能詳?shù)膮?shù)已經(jīng)在我們心底扎根，但是我們還要考慮數(shù)據(jù)中心的另外一個(gè)重要數(shù)據(jù)-功率因數(shù)。行業(yè)里也有人形容功率因數(shù)就像一只怪獸一樣藏匿在數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜里，雖然比喻不太恰當(dāng)?shù)呛苄蜗?，那么我們就去了解一下這只怪獸吧。
功率因數(shù)的概念
功率因數(shù)是在任何給定的時(shí)刻，有功功率（或千瓦，兆瓦等）除以視在功率（或千伏安，兆伏安等）的比值，英文名稱(chēng)是Power Factor，有的書(shū)里也稱(chēng)為PF值。
數(shù)據(jù)中心工程計(jì)算的時(shí)候，有功電量W有的數(shù)據(jù)，可以是一個(gè)月的電量，也可以是一周、或一天、或一小段時(shí)間的電量，只要能得出一個(gè)可以比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)就可以了。時(shí)間間隔越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)就越可信。即：
W有＝上次的電表讀數(shù)－此刻的電表讀數(shù)
同樣，無(wú)功電量F也是這樣，只是讀取的是無(wú)功電量數(shù)據(jù)。
如何找到“功率因數(shù)”這只怪獸呢？
這個(gè)怪物呈如今有交流電源（AC）供電體系而不是直流電源（DC）體系，而且其負(fù)載不是單純的電阻。假如負(fù)載為100％的電阻，則上述公式是準(zhǔn)確的，其間1W=1VA，盡管負(fù)載由溝通電饋送電源。
在核算溝通電源環(huán)境中的電流和電壓時(shí)，大家運(yùn)用所謂的有用值RMS（也稱(chēng)之均方根值）來(lái)衡量。簡(jiǎn)而言之，RMS表明等效于在直流電源發(fā)生的功率，相當(dāng)于在相同的電阻負(fù)載上在正弦波形溝通電的一個(gè)周期內(nèi)內(nèi)供給完全相同的能量。
因而，這意味著當(dāng)大家議論230V溝通電源時(shí)，其峰值電壓不是230V，而是高達(dá)325V的電壓，其電壓有用值為230V，這與上述的原理相同。
當(dāng)負(fù)載并不是100％的電阻時(shí)，這個(gè)怪物將會(huì)從機(jī)柜中擺脫出來(lái)，開(kāi)端吼怒。數(shù)據(jù)中心的首要負(fù)載是開(kāi)關(guān)電源。他們大多數(shù)選用AC/DC電源變換器和電容器。因而，它是一種容性負(fù)載。而大多數(shù)空調(diào)，冷水機(jī)組和別的基礎(chǔ)設(shè)備元件都是理性負(fù)載。這是由于它們選用了很多的電感線圈。
電容負(fù)載發(fā)生負(fù)的功率因數(shù)，理性負(fù)載發(fā)生正的功率因數(shù)。這與電源的好壞無(wú)關(guān)。在榜首種情況下，電流是領(lǐng)先于電壓對(duì)電容器充電。在第二種情況下，由于線圈的主動(dòng)感應(yīng)景象，電流老是滯后電壓。
因而，假如將大容量電容器連接到溝通電源，則在充電和放電時(shí)會(huì)有電流。因而，電壓乘以電流將高于零。風(fēng)趣的是，其功率耗費(fèi)平均為零，也即是不做功，這是由于電容器將其存儲(chǔ)的能量就像理性線圈相同能夠?qū)㈦娔芊祷氐诫娋W(wǎng)（在該過(guò)程中運(yùn)用的僅有有用能量將是線圈上的電阻分量上的功率損耗）。
怎么測(cè)試PUE
以下有兩種辦法來(lái)丈量PUE：
1.以有功功率單位瓦特來(lái)丈量IT負(fù)載時(shí)，PUE值等于數(shù)據(jù)中心設(shè)備總功率除以IT負(fù)載總功率。
2.以有功功率單位瓦特丈量非IT負(fù)載時(shí)，PUE值等于將數(shù)據(jù)中心負(fù)載總功率減去IT負(fù)載功率所得的成果除以IT負(fù)載總功率。
挑選更多的辦法取決于更便利的丈量辦法。例如，假如有牢靠的丈量IT負(fù)載（瓦）的辦法能夠運(yùn)用榜首種辦法。假如沒(méi)有便利的辦法來(lái)丈量IT負(fù)載（以瓦特為單位），則能夠丈量非IT負(fù)載，運(yùn)用第二種辦法。
關(guān)鍵是運(yùn)用準(zhǔn)確的計(jì)量單位（選用有功功率的單位瓦特，而不是視在功率的單位伏安），并防止公式中的任何過(guò)錯(cuò)（例如忘掉增加一個(gè)或多個(gè)機(jī)架或基礎(chǔ)設(shè)備組件的功率丈量或?qū)掖卧黾樱?/span>
風(fēng)趣的是，在核算PUE時(shí)，簡(jiǎn)直每個(gè)人都運(yùn)用榜首種辦法。他們大多數(shù)都是這么做的，由于已經(jīng)有很多丈量工具了。例如，每個(gè)IT負(fù)載機(jī)架都具有用于計(jì)費(fèi)和/或監(jiān)督意圖的計(jì)量PDU（配電單元），而不是風(fēng)扇，空調(diào)和別的基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)備。他們做的是增加一切這些設(shè)備，以取得全部IT負(fù)載值。然后，他們將全部數(shù)據(jù)中心設(shè)備的負(fù)載量除以核算的IT總負(fù)載。
但是，這是怪物開(kāi)端取笑這些人。其原因是：他們運(yùn)用過(guò)錯(cuò)的計(jì)量單位。大多數(shù)機(jī)架PDU的丈量電流值有差錯(cuò)，大家知道，安培乘以伏特不會(huì)得出有功功率單位瓦特，而是視在功率伏安，而且數(shù)值更高。此外，大多數(shù)機(jī)架PDU的精度為1A或10％（以較大者為準(zhǔn)），因而能夠想像運(yùn)用此辦法核算的數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確！
能夠?qū)捤〈蠖鄶?shù)人這么做，由于他們不知道有功率因數(shù)這個(gè)“怪物”，但不能寬恕任何知曉功率因數(shù)的人卻在躲藏實(shí)在的數(shù)值。這很不公正。由于現(xiàn)代電源的功率因數(shù)到達(dá)了0.85-0.95，假如僅用丈量電流（A）并乘以總電壓，則能夠到達(dá)實(shí)踐值的1.18倍。
一個(gè)更簡(jiǎn)單的例子是選用溝通230V電源的數(shù)據(jù)中心，其運(yùn)用1MW的總負(fù)載，而IT負(fù)載為700kW，而空調(diào)，風(fēng)扇和別的設(shè)備運(yùn)用的則為300kW。在這種情況下，所得的PUE為1.43。如今幻想假如運(yùn)用榜首種辦法來(lái)核算PUE。假如從一切機(jī)架中取得一切電流，而且其負(fù)載功率因數(shù)為0.85，那么將取得3580A的電流。
記住在這一刻，大家也許不知道（或者還沒(méi)有意識(shí)到）功率因數(shù)。假定假如電流乘以230V，將取得IT負(fù)載（實(shí)踐以為這是兩個(gè)等于3）。所以核算3580x230=823.4kW，假如這么核算PUE，咱們將得到1MW/823.4kW=1.22。
這個(gè)“怪物”即是功率因數(shù)。假如你以為是這個(gè)的話(huà)，你的“PUE”將是1.22而不是真實(shí)的1.43。其成果很不相同，此外，讀取的讀數(shù)越多，組合過(guò)錯(cuò)越大。假如每個(gè)PDU都有0.1A的過(guò)錯(cuò)，而且其數(shù)據(jù)中心機(jī)架電流累計(jì)平均為10A，則在核算總安培時(shí)也許會(huì)有1％的差錯(cuò)。大家也也許忘掉增加其間一些讀數(shù)或?qū)掖卧黾幼x數(shù)。這是非常也許的，由于會(huì)有這么多的過(guò)錯(cuò)！另外，大家也許不知道具有1％精度的PDU在商場(chǎng)是比較罕見(jiàn)的，而且也非常貴重。那么公司很有也許裝置精度為1A或10％（以較高者為準(zhǔn)）的PDU。因而這些PDU的讀數(shù)不一定那么準(zhǔn)確。
推薦的辦法
在保管數(shù)據(jù)中心，決定在丈量PUE時(shí)運(yùn)用第二種辦法。為此裝置準(zhǔn)確而強(qiáng)壯的儀表來(lái)丈量除了IT負(fù)載以外的別的負(fù)載功率。這包含在UPS和每個(gè)配電柜接入的11kV電源。技術(shù)人員將IT負(fù)載配電屏與一切別的基礎(chǔ)設(shè)備配電屏分隔，因而能夠減掉別的基礎(chǔ)設(shè)備運(yùn)用的準(zhǔn)確數(shù)量的功率，并將其從輸入功率中減去，以便取得IT負(fù)載功率的切當(dāng)數(shù)字。然后，再將數(shù)據(jù)中心總功率除以基礎(chǔ)設(shè)備運(yùn)用的總功率。
這很簡(jiǎn)單。更主要的是，它更準(zhǔn)確。這丈量出的PUE平均水平仍然是令人形象深入的1.2。只需增加和減去幾個(gè)讀數(shù)，就能夠?qū)⒉铄e(cuò)降至最低。因而能夠驕傲地聲稱(chēng)所測(cè)出的PUE真的是1.2。例如，假如運(yùn)用榜首種核算辦法，所核算出的“PUE”將為1.06或乃至小于1（這是不也許的）。
對(duì)于數(shù)據(jù)中心一切者來(lái)說(shuō)，提出一點(diǎn)建議：盡管很多PUE“改進(jìn)者”真的能夠改進(jìn)PUE值，但并不意味著他們會(huì)將其提高到他們所說(shuō)的水平。公司在簽訂合同并進(jìn)行審閱時(shí)，請(qǐng)保證一直以PUE核算的意圖用W來(lái)衡量功率（而不是VA）。
找到了這只怪獸，那就處理掉，找不到，那就等著它作怪吧，說(shuō)必定它藏匿在那個(gè)傳說(shuō)的機(jī)柜里，在看著你偷笑呢........
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