淺析數(shù)據(jù)中心不間斷電源系統(tǒng)分期部署

高陽(yáng)

摘 要：數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理的UPS供電方案，對(duì)于節(jié)省造價(jià)、合理利用建筑空間大有裨益。在以后的工程設(shè)計(jì)中，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況因地制宜地確定最佳的UPS供電方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；不間斷電源系統(tǒng)；應(yīng)用

前言

近幾年來(lái)我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得了迅猛發(fā)展，人們需求日益增加，我國(guó)的信息化戰(zhàn)略推進(jìn)速度也在持續(xù)加快。使用數(shù)據(jù)中心，可以促進(jìn)通信行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)獲得進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要由服務(wù)器、交換機(jī)、路由器等IT設(shè)備共同組成。這些相關(guān)設(shè)備通常會(huì)采用220V交流或直流電源作為主要的供電方式，從而加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心設(shè)備供電的穩(wěn)定性。

1 數(shù)據(jù)中心發(fā)展歷史

第一代數(shù)據(jù)中心是傳統(tǒng)的離散數(shù)據(jù)中心，采用以系統(tǒng)為中心的“煙囪式”結(jié)構(gòu)，物理資源和應(yīng)用強(qiáng)耦合、資源無(wú)共享，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一套設(shè)備，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等所有資源與單個(gè)系統(tǒng)靜態(tài)捆綁在一起，形成“系統(tǒng)孤島”，系統(tǒng)部署與管理異常復(fù)雜。第二代數(shù)據(jù)中心是虛擬化數(shù)據(jù)中心，一個(gè)中心支持多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，資源獨(dú)立管理。第二代數(shù)據(jù)中心通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)等資源的復(fù)用、共享，緩解了第一代數(shù)據(jù)中心資源獨(dú)占問(wèn)題，但在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，不同硬件資源（計(jì)算/存儲(chǔ)/網(wǎng)絡(luò)）管理、維護(hù)分離，建設(shè)耗時(shí)長(zhǎng)，維護(hù)技術(shù)高。第三代數(shù)據(jù)中心是云數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了單中心內(nèi)的資源統(tǒng)一管理與資源共享。第三代數(shù)據(jù)中心基于虛擬化技術(shù)，將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施深度融合，簡(jiǎn)化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)，但多中心間資源無(wú)法共享。

2 UPS電源配置原則

數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的IT通信設(shè)備，最大瞬間供電中斷時(shí)間要在20毫秒以內(nèi)，如果超過(guò)這個(gè)范圍將會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行終端，使機(jī)房處于癱瘓狀態(tài)，將會(huì)為企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失。數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的通信負(fù)載屬于非線性，且諧波較大，功率因數(shù)較小，需要使用較大的UPS電源容量以保證系統(tǒng)能夠承受負(fù)載功率。通常情況下，UPS電源設(shè)備的最大負(fù)載在80%的范圍之內(nèi)，1+1并聯(lián)冗余與2+1并聯(lián)冗余的UPS電源的控制范圍在40%和50%以內(nèi)，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)中，為了可以有效保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要采用3臺(tái)UPS電源組成并聯(lián)冗余系統(tǒng)。

3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房對(duì)UPS電源的要求

為了保證數(shù)據(jù)中心機(jī)房的UPS電源可以全年無(wú)休的進(jìn)行供電，則UPS電源需要滿足以下要求：1、使用在線式UPS電源為數(shù)據(jù)中心機(jī)房提供逆變器電源，保證UPS電源為機(jī)房提供穩(wěn)定的、連續(xù)的、無(wú)干擾的高質(zhì)量電源，穩(wěn)壓和連續(xù)供電可以保證數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的IT設(shè)備安全可靠的運(yùn)行；無(wú)突變、無(wú)干擾以及點(diǎn)位低則是保證數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的IT設(shè)備能夠處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下。2、數(shù)據(jù)中心機(jī)房的UPS電源，不能進(jìn)入到普通的市電電源狀態(tài)，一旦進(jìn)入到市電電源經(jīng)交流旁路供電狀態(tài)下，用戶的關(guān)鍵性負(fù)載的電源供電質(zhì)量將會(huì)明顯降低，安全無(wú)法得到有效保障，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行而言存在非常大的安全風(fēng)險(xiǎn)。3、選擇N+1的冗余并機(jī)技術(shù)，以提高UPS電源在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的容錯(cuò)能力，提高UPS電源的供電質(zhì)量。4、使用雙總線輸入、輸出的供電系統(tǒng)，當(dāng)逆變器處于帶電狀態(tài)下進(jìn)行維修，當(dāng)用戶的負(fù)載發(fā)生短路要迅速切換到UPS逆變器中，保證數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的IT設(shè)備的電源得到較高的可用率。

4 不同UPS電源配置方式

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的應(yīng)用3.1N+1冗余供電方式N+1冗余供電方式是指有多臺(tái)設(shè)備的UPS并聯(lián)在一起，構(gòu)成了冗余供電系統(tǒng)。通過(guò)并聯(lián)通信的方式，將所有的UPS電源實(shí)現(xiàn)同步，每一臺(tái)UPS均分負(fù)載。當(dāng)其中一臺(tái)UPS電源發(fā)生故障，要自動(dòng)脫機(jī)，讓剩余的UPS保持同步并進(jìn)行負(fù)載運(yùn)行。該配置方式可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的靈活性，將所有的UPS電源的負(fù)荷進(jìn)行均分，設(shè)備之間的壽命一致，不會(huì)影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行。為了保證UPS電源能夠在數(shù)據(jù)機(jī)電系統(tǒng)中可靠運(yùn)行，采用2N冗余供電配置方式應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中。2N冗余供電方式也稱(chēng)為雙母線供電方式，由兩套獨(dú)立工作的UPS系統(tǒng)組成，負(fù)載為雙電源冗余供電。與N+1供電配置方案相比，2N冗余供電的優(yōu)勢(shì)在于可以無(wú)間斷的對(duì)雙電源進(jìn)行供電，提高供電的可靠性，缺點(diǎn)由于2N冗余供電方式需要使用兩套UPS電源供電系統(tǒng)，價(jià)格成本較高，比較適用于高級(jí)設(shè)備機(jī)房的建設(shè)。

5 UPS的“集中式”與“分散式”配備方式

（1）集中供電方式：一臺(tái)大功率UPS負(fù)載所有設(shè)備，便于管理。為UPS單獨(dú)設(shè)置位置，避免了將UPS放入設(shè)備機(jī)柜內(nèi)其散熱影響設(shè)備運(yùn)行的問(wèn)題。UPS集中采購(gòu)，容易控制UPS質(zhì)量，減少設(shè)備廠商購(gòu)置的環(huán)節(jié)，節(jié)約采購(gòu)費(fèi)用。考慮用電設(shè)備同時(shí)使用的參差系數(shù)，集中設(shè)置利于降低UPS總?cè)萘浚萘吭O(shè)置相對(duì)合理，節(jié)約投資。但是，集中設(shè)置方式對(duì)建筑要求較高，現(xiàn)場(chǎng)配置成本增加，集中設(shè)置布線要求高，可靠性降低。（2）分散供電方式：根據(jù)設(shè)備需要分別配備適合的UPS，可靠性高，布線要求低，將UPS與智能化設(shè)備間的線路暗敷在機(jī)柜內(nèi)，使配電線路盡量短，從而降低中性線與PE線之間的電位差，整合UPS單獨(dú)設(shè)置的空間，節(jié)約了整體成本。但是，分散設(shè)置不便管理，且由于單獨(dú)設(shè)置UPS冗余容量、UPS模數(shù)等，分散設(shè)置會(huì)使UPS總體容量大幅增加，造成浪費(fèi)。設(shè)計(jì)中，可權(quán)衡投資與可靠性來(lái)選擇兩種方式。大型數(shù)據(jù)中心、控制中心宜采用“集中式”配置方式；對(duì)于常見(jiàn)普通建筑，“分散式”設(shè)置仍為現(xiàn)在比較可行的一種配備方式。

6 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)熱潮仍然不斷，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的電源如何設(shè)置，需要按照機(jī)房實(shí)際的建設(shè)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能一味追求高級(jí)別，而忽略了實(shí)用性與安全性。因此，在對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行UPS電源配置時(shí)，先考慮UPS電源的配置原則與相關(guān)要求，在保證安全性的同時(shí)更好考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，最大化的降低成本，提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的穩(wěn)定性。

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