數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS 供電系統(tǒng)可靠性研究與應(yīng)用

鐘建兵

（愛瑪客服務(wù)產(chǎn)業(yè)（中國(guó)）有限公司，重慶 408000）

1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房的概述

目前，大部分的數(shù)據(jù)中心機(jī)房配置都差不多，主要的設(shè)備包括小型機(jī)、存儲(chǔ)機(jī)器、網(wǎng)絡(luò)交換器和服務(wù)器路由器等。按照電源類型可以對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行分類，主要能夠分為兩類設(shè)備，即單電源設(shè)備和冗余電源設(shè)備。單電源設(shè)備顧名思義就是機(jī)房的設(shè)備中只有一個(gè)電源模塊，通過這個(gè)單一的電源對(duì)機(jī)房設(shè)備進(jìn)行電力供應(yīng)。在這種供電模式下，電源模塊和機(jī)器設(shè)備關(guān)聯(lián)非常密切，當(dāng)設(shè)備中的某一個(gè)部件出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也會(huì)影響到電源模塊，使其停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房的設(shè)備出現(xiàn)問題甚至宕機(jī)。在冗余電源系統(tǒng)中，會(huì)進(jìn)行多個(gè)電源模塊的組裝，使其成為一個(gè)整體，那么在這個(gè)系統(tǒng)中多數(shù)電源設(shè)備都可以進(jìn)行運(yùn)行負(fù)擔(dān)的承載。如果某一個(gè)部件出現(xiàn)運(yùn)行故障，那么這個(gè)部件關(guān)聯(lián)的電源模塊也會(huì)停止運(yùn)行，但是和單電源模塊不一樣的是，冗余電源設(shè)備還有其他的電源模塊來支撐系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些中大型的機(jī)房中進(jìn)行少量的單電源設(shè)備和小型的STS 設(shè)備的配置和安裝，能夠在一定的程度上提高設(shè)備的穩(wěn)定性，與此同時(shí)進(jìn)行2N 系統(tǒng)的配合，能夠在一定程度上提升該供電系統(tǒng)的可行性[1]。

2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房的UPS 供電模式的可靠性分析

2.1 串聯(lián)單總線

串聯(lián)單總線的供電模式采用了兩套UPS 的供電系統(tǒng)，并且將這兩套系統(tǒng)分為主機(jī)和備用機(jī)。其中備用機(jī)是作為主機(jī)的靜態(tài)旁路電源存在的。當(dāng)這種供電模式日常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主要的供電設(shè)備是主機(jī)；當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)供電故障時(shí)，系統(tǒng)就自動(dòng)切換到空載狀態(tài)下的備用機(jī)，讓備用機(jī)進(jìn)行供電，從而保障機(jī)房的正常運(yùn)行。那么分析這套系統(tǒng)的可靠性可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)PS 的供電模式的非冗余系統(tǒng)進(jìn)行拓展，將它們轉(zhuǎn)化為冗余系統(tǒng)，主要通過獨(dú)立靜態(tài)旁路來保證這個(gè)系統(tǒng)模式能夠進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在具備可靠性的同時(shí)，這個(gè)模式還具有方便性和靈活性，能夠運(yùn)用在多種型號(hào)規(guī)格的設(shè)備當(dāng)中。此外，這種模式還便于維護(hù)和修復(fù)，具備相對(duì)較高的可靠性。圖1 為配置系統(tǒng)示意圖。

圖1 配置系統(tǒng)示意圖

2.2 并聯(lián)單總線

并聯(lián)單總線的供電模式具體的操作方式是并聯(lián)兩臺(tái)及以上設(shè)備的逆變器，處理他們的輸出模式，從而形成了一套具有多個(gè)供電設(shè)備的冗余供電系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)對(duì)全部的機(jī)房設(shè)備進(jìn)行供電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)可以被所有的并聯(lián)設(shè)備分擔(dān)，如果有一兩個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題，那么其余的電源模塊可以維持系統(tǒng)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。分析這套系統(tǒng)的可靠性可以發(fā)現(xiàn)，這種供電模式能夠在不中斷供電的情況下進(jìn)行安全維護(hù)操作，并且同時(shí)具備非常高的容錯(cuò)性和可靠性。但是這個(gè)系統(tǒng)也有一定的問題。例如，因?yàn)橐?guī)格的不同，所以UPS 的輸出參數(shù)也不一樣，并聯(lián)這些設(shè)備的逆變器時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)環(huán)流問題，更嚴(yán)重一點(diǎn)的情況是設(shè)備因此出現(xiàn)故障問題。由此可知，并聯(lián)單總線的供電模式的可靠性比較低。

2.3 雙總線模式

單總線供電運(yùn)行下的設(shè)備，非常容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障，從而對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。為了解決這個(gè)問題，雙總線供電模式隨之出現(xiàn)。在這個(gè)模式中，給機(jī)房的系統(tǒng)安排了兩條互不干擾的路線，這樣就能夠保證獨(dú)立電源模式的存在。在實(shí)行這種模式時(shí)，不管是單一的電源模塊還是多個(gè)電源模塊，都能夠組成系統(tǒng)的供電線路。

在這個(gè)模式中，有一個(gè)靜態(tài)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)電源的供電線路出現(xiàn)故障時(shí)，就能夠切換到備用電源，從而使系統(tǒng)開始正常穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。分析這套供電模式的可靠性可以發(fā)現(xiàn)，雙總線供電模式實(shí)現(xiàn)了多種供電模式的組合，因而提升了系統(tǒng)設(shè)備的可靠性。這也是為什么目前的大部分機(jī)房使用的都是雙總線供電模式。

3 提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS 供電系統(tǒng)可靠性的措施

本文提到的3 種供電模式是目前大部分的數(shù)據(jù)中心機(jī)房使用的模式。這3 種模式根據(jù)其自身狀況也存在不同的運(yùn)行特點(diǎn)，同時(shí)可靠性也不一樣。所以在實(shí)際的應(yīng)用中，要遵循兩個(gè)基本原則：第一，一定要選擇優(yōu)質(zhì)的設(shè)備，保證設(shè)備本身的安全穩(wěn)定性；第二，要落實(shí)優(yōu)良的設(shè)備連接方案，從而有效的優(yōu)化并提高供電模式的合理性。

3.1 合理調(diào)整UPS 的輸入輸出形式

將UPS 供電系統(tǒng)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心機(jī)房時(shí)，存在兩個(gè)問題。第一個(gè)問題就是UPS 系統(tǒng)實(shí)行的是三相輸出的模式，這個(gè)模式會(huì)存在一個(gè)問題，就是會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡的情況，這種情況會(huì)導(dǎo)致電壓的異常，從而對(duì)供電的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。第二個(gè)問題是UPS 系統(tǒng)中存在單相進(jìn)出的模式，那么這個(gè)模式下就會(huì)有配電不均衡的問題存在。為了解決這兩個(gè)問題，通常是從如下兩個(gè)方面著手。一方面，是對(duì)輸電線的線路進(jìn)行擴(kuò)容，以此來保證這個(gè)線路能夠容納的電子是原先電路的三倍以上，第二點(diǎn)也是對(duì)電路的輸入端進(jìn)行增容，增容之后容納的倍數(shù)也要保證是之前的三倍及以上。只有這樣才能夠保證冗余模式下進(jìn)行旁路轉(zhuǎn)換的安全性，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.2 優(yōu)化冗余供電模式

現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)中心機(jī)房應(yīng)用的最多的就是雙電網(wǎng)的供電模式。這個(gè)模式能夠有效的提高機(jī)房供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，但是這一供電模式易存在連接問題[2]。如果這個(gè)供電模式的連接出現(xiàn)問題，那么會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和供電造成一定的影響。想要解決這個(gè)問題，可以將冗余連接方式進(jìn)行并聯(lián)，并且在相關(guān)的設(shè)備之間添加部分的關(guān)聯(lián)措施，從而保證系統(tǒng)的并聯(lián)不出現(xiàn)故障問題。這種模式下可以有效地提升UPS系統(tǒng)的可靠性，也能夠加強(qiáng)設(shè)備的承載負(fù)荷的能力。

3.3 模塊化冗余供電

目前，單機(jī)并聯(lián)的UPS 系統(tǒng)應(yīng)用的不是很廣泛，那么想要讓這個(gè)系統(tǒng)能夠有進(jìn)一步的推廣發(fā)展，就要讓系統(tǒng)中的冗余方案模塊化。具體的操作是將多個(gè)小容量的供電設(shè)備進(jìn)行集中關(guān)聯(lián)，由于是小容量的供電設(shè)備，所以可以保證整體設(shè)備的體積與質(zhì)量都不大，并能夠輕易地進(jìn)行連接與斷開的操作。而最大的優(yōu)點(diǎn)是在保證持續(xù)供電的同時(shí)還能夠進(jìn)行相關(guān)的斷電操作。這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同一設(shè)備的多模塊并聯(lián)，也合理引入了配電單元，對(duì)配電的功能進(jìn)行了增強(qiáng)，系統(tǒng)的可靠性也隨提升。

4 結(jié) 論

隨著智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的供電有了更高的要求，人們需要更穩(wěn)定、更有效的供電系統(tǒng)。因此，必須要對(duì)UPS 供電模式進(jìn)行優(yōu)化落實(shí)，選擇更為科學(xué)合理的連接方式，切實(shí)提高供電系統(tǒng)的可靠性。