數(shù)據(jù)中心機房電源配置研究分析

陸曉華

摘 要：最近幾年，隨著大數(shù)據(jù)和數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)，UPS供電系統(tǒng)作為影響數(shù)據(jù)中心機房安全可靠運轉(zhuǎn)的核心因素也愈發(fā)重要。經(jīng)過深層次的研究可見，UPS電源在供電中斷時能夠持續(xù)穩(wěn)定的供電，提升數(shù)據(jù)中心房的安全性與可靠性?；诖?，本文主要對數(shù)據(jù)中心機房電源配置進行了綜合的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心機房;電源;配置分析

1、數(shù)據(jù)中心機房電源工作原理以及配置規(guī)劃

數(shù)據(jù)中心UPS電源一般有正常、電池供電、旁路三個工作狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)，機房電網(wǎng)先將市政供電380V/220V交流電通過AC/DC整流器裝置把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，提供給UPS蓄電池組充電，然后借助DC/AC逆變器將直流電反向轉(zhuǎn)換并穩(wěn)定持續(xù)的輸出380V/220V交流電源，最終提供給機房中各IT設(shè)備的正常運轉(zhuǎn);在電池供電狀態(tài)，指發(fā)生突發(fā)狀況如市政供電停止等異常的狀態(tài)，UPS電源必須立即將蓄電池組持續(xù)輸出直流電并通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，確保IT設(shè)備供電穩(wěn)定;最后一種就是旁路狀態(tài)，當UPS系統(tǒng)內(nèi)部自身發(fā)生故障時，UPS電源必須及時切換市政供電進行直接供電。由此可見，UPS電源的結(jié)構(gòu)、供電方式和運行狀態(tài)相對復雜，如何確保最短的切換和最穩(wěn)定的供電，合理的設(shè)計配置就尤其重要。

2、UPS電源配置原則

數(shù)據(jù)中心機房的UPS電源，首先必須保證最大瞬間供電切換時間小于一般IT設(shè)備能忍受的二十毫秒之內(nèi)，若是時間過長會造成設(shè)備重啟或者宕機。其次，數(shù)據(jù)中心機房的IT設(shè)備半導體運行是非線性荷載類型，同時具有諧波偏大、功率因數(shù)偏小的特點，必須選擇對應容量的UPS電源和電池組，進而確保荷載功率在數(shù)據(jù)中心機房可以承受范圍內(nèi)。只有滿足這些基本的配置原則后，才可以確保UPS電源能夠在數(shù)據(jù)中心電源出現(xiàn)問題的情況下繼續(xù)運轉(zhuǎn)。最后也是最為重要的就是選擇好能長期穩(wěn)定運行的UPS配置方案，一般情況UPS電源裝置的荷載不超過百分之八十;采用UPS電源類型為1+1或者2+1并聯(lián)冗余，則其單個荷載不高于百分之四十;如果需確保數(shù)據(jù)中心機房能夠更高可靠性的運轉(zhuǎn)，那還需要考慮選擇雙母線等方式形成獨立冗余系統(tǒng)，進一步提高可靠性。

3、UPS電源配置方式比較及建議

3.1? N+1冗余供電方式。小型數(shù)據(jù)中心機房一般應用場景較多的UPS電源配置方案為N+1冗余供電，為保證其運行狀態(tài)，在設(shè)計和建設(shè)期必須保證輸出端不少于兩個UPS，且其通過并聯(lián)的方式相連接，同時必須保證所應用的UPS品牌、型號、規(guī)格完全一致，通過此種方式形成的UPS冗余供電網(wǎng)絡(luò)，能夠保證UPS輸出的穩(wěn)定性，有效的將所有逆變器的負荷平均劃分。如果UPS發(fā)生問題，則發(fā)生問題的UPS會自行退出系統(tǒng)，然后UPS會再次將負荷進行平均劃分。N+1冗余供電方法能夠保證N臺工作與1臺冗余協(xié)作運行，進而保證具有高度的冗余度。全部UPS的良好運行能夠?qū)崿F(xiàn)平均分配負載，最大化保證IT設(shè)備的長期運轉(zhuǎn)品質(zhì)的一致性，同時若是UPS主機出現(xiàn)問題時不會干擾負荷供電的持續(xù)性。利用提升并聯(lián)UPS主機數(shù)量能夠提升系統(tǒng)的容量，通過逐個脫機的方式可以方便的開展養(yǎng)護工作。N+1冗余供電方法必須保證具備合格的基礎(chǔ)系統(tǒng)、模塊、組件以及走線連接，如果裝置發(fā)生的問題不超出冗余度，則IT設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定的工作，所以采用N+1冗余供電的方法充分符合一般性配置的需求。

3.2? 2N冗余供電方式（雙母線供電方式）。大中型數(shù)據(jù)中心機房為確保UPS供電系統(tǒng)的可用性與穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)中心機房中應該采用兩套完全能單獨工作的UPS系統(tǒng)組建的2N以及2（N+1）系統(tǒng)，電力行業(yè)中通常將此種供電方法叫做2N冗余和雙總線。雙總線供電方法中主要包含兩個單獨的UPS系統(tǒng)、同步控制裝置、STS靜態(tài)切換開關(guān)以及配電柜。IT設(shè)備負荷均為具有雙電源特性的2N冗余供電方法，具體情況如圖1所示。此種供電方法必須具備兩個獨立的均具備基礎(chǔ)需求的UPS系統(tǒng)。若是兩個系統(tǒng)中其中一個發(fā)生問題，則另一個仍能夠繼續(xù)工作，進而保證整個系統(tǒng)正常的運行。當系統(tǒng)運行良好期間，全部的雙電源負荷和三電源負荷中的2個的輸入，借助列頭柜與2個UPS系統(tǒng)中的輸出母線連接，將所有負荷平均劃分到2個UPS系統(tǒng)中，在此系統(tǒng)中依據(jù)用戶的需求必須設(shè)立兩條母線，分別為A和B，設(shè)立期間必須遵循2個UPS供電系統(tǒng)的負荷基本相同的要求;而單電源負荷需要借助STS與2個UPS系統(tǒng)中的輸出母線相連，STS在應用期間設(shè)定方法與規(guī)范和雙電源負荷的一致;在系統(tǒng)正常運行期間，2個母線分別承擔百分之五十的負荷。無論2N與2（N+1）系統(tǒng)中哪個UPS出現(xiàn)問題，則系統(tǒng)仍舊保持原始狀態(tài)下雙母線供電系統(tǒng)正常，不過如果有一條母線發(fā)生故障和進行維修與養(yǎng)護工作期間，雙電源系統(tǒng)中能夠繼續(xù)工作的母線則會承載全部負荷，進而保證系統(tǒng)能夠良好的運行，但是單電源系統(tǒng)中負荷會利用STS轉(zhuǎn)接到其他母線中持續(xù)運行。如果負荷全部是雙電源負荷，還可采取其他方式保證2個UPS系統(tǒng)的輸出母線一致，此時可以選擇同步控制器或者STS作為同步裝置。和N+1類型的單系統(tǒng)供電措施進行比較，可以發(fā)現(xiàn)2N冗余供電方法的優(yōu)勢在于其能夠在任意母線出現(xiàn)問題和維修養(yǎng)護期間，仍然能夠持續(xù)穩(wěn)定的運行，同時提升供電實用性與容錯級別期間，確保能夠提升其他工作效率。而其弊端在于必須采用2個UPS系統(tǒng)，在一定程度上提升了投入成本。2N冗余供電方法主要應用于級別較高的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，其符合數(shù)據(jù)機房供電相關(guān)標準中的A級標準與T4標準。

3.3“Δ型”供電方式（三母線供電方式）。大型數(shù)據(jù)中心機房還可以考慮采用強化母線安全方式的“Δ型”供電方法又稱三母線供電方法與3N供電方法，其是比較個數(shù)的雙母線供電方式，運轉(zhuǎn)的3組系統(tǒng)若是任意系統(tǒng)發(fā)生問題，則負載會均分給剩余的系統(tǒng)，此供電方法具有2N冗余供電方法的全部特征，并且其單條母線的安全帶載率最高可達到百分之六十六。經(jīng)過深層次的研究可見，三母線供電方式能夠降低用電設(shè)施對場地的占用，保證其供電方法的功效高于2N冗余供電方法，有效的降低相關(guān)用電設(shè)施的投資成本，確保配電系統(tǒng)與系統(tǒng)帶載負載的最佳化，所以可以符合大多數(shù)T4和全部T3+以及A級規(guī)范數(shù)據(jù)機房的需求，其在高等級保障情況的應用頻率較高。

結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心是企業(yè)和社會數(shù)字化運行的基礎(chǔ)工程，為各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境。數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)就是這項基礎(chǔ)工程的能量血液。供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，就能夠保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)乃至社會各項服務(wù)的正常運行。本文通過對UPS電源系統(tǒng)的綜合分析，得出如下結(jié)論：對于大中型數(shù)據(jù)中心機房在雙電源負載較多且有重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)的情況下，UPS電源系統(tǒng)配置應當選擇雙母線2N統(tǒng)配置方式，在某些適當情況下可以積極嘗試三母線和高壓直流方式創(chuàng)新和探索。

參考文獻

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