數(shù)據(jù)中心機(jī)房用IT設(shè)備對(duì)UPS供電系統(tǒng)的技術(shù)要求

王海濤

（深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司，廣東 深圳 518057）

0 引 言

當(dāng)前多數(shù)數(shù)據(jù)機(jī)房應(yīng)用的IT設(shè)備較多，如網(wǎng)關(guān)、光端機(jī)、交換機(jī)、通信設(shè)備、磁盤陣列機(jī)及各類服務(wù)器等。基于具有輸入功率因數(shù)校正功能的開關(guān)電源作為儲(chǔ)芯片的直流輔助電源。目前，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力較大，且各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)快速發(fā)展，諸多IT設(shè)備生產(chǎn)研發(fā)商為了提升IT設(shè)備預(yù)算能力，開始研究更多高效率、小體積的IT設(shè)備。

1 IT設(shè)備供電模式

UPS的連續(xù)性不間斷供電特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)中心供電穩(wěn)定性具有重要作用。基于供電穩(wěn)定性，UPS供電系統(tǒng)具有較高的冗余配置，負(fù)荷率較低。現(xiàn)階段，我國(guó)大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，要對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房和電力資源合理應(yīng)用，對(duì)UPS系統(tǒng)配置進(jìn)行合理優(yōu)化，以提升經(jīng)濟(jì)效益，控制成本投入。當(dāng)前多數(shù)數(shù)據(jù)中心是選用2N雙總線UPS系統(tǒng)為IT設(shè)備提供雙路不間斷交流電。此系統(tǒng)是由多個(gè)UPS系統(tǒng)組成的冗余系統(tǒng)。此系統(tǒng)運(yùn)行中，各個(gè)環(huán)節(jié)和多個(gè)設(shè)備都是冗余配置；穩(wěn)定運(yùn)行中，每個(gè)UPS系統(tǒng)承擔(dān)一部分總負(fù)荷。部分大中型機(jī)房中只配有少量單電源設(shè)備，當(dāng)前可以安裝小型STS設(shè)備，以提升設(shè)備供電穩(wěn)定性。應(yīng)用2N配置系統(tǒng)，可行性會(huì)有效提升，如圖1所示。

圖1 配置系統(tǒng)

目前，IT設(shè)備主要通過(guò)3種形式進(jìn)行供電，包括高壓直流供電模式、交流UPS供電模式及交流直接供電+高壓直流供電模式。高壓直流供電模式主要應(yīng)用240 V高壓直流設(shè)備為IT設(shè)備進(jìn)行供電。UPS供電模式是通過(guò)交流UPS對(duì)IT設(shè)備進(jìn)行供電。IT設(shè)備大多為雙電源，一端通過(guò)交直流供電模式為市電交流供電，另外一端通過(guò)高壓直流系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定供電[1]。

2 IT設(shè)備對(duì)UPS輸出電源具有良好的適應(yīng)能力

IT設(shè)備輸入電源設(shè)計(jì)方案中多應(yīng)用開關(guān)電源。此類設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)主要是發(fā)揮了輸入電源較強(qiáng)的適應(yīng)性，能擴(kuò)大輸入電源電壓以及頻率的基本波動(dòng)范圍，其中輸入頻率以及電壓承受最大限值分別為55 Hz、380 V。設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要選用高質(zhì)量廠商生產(chǎn)的UPS產(chǎn)品，才能有效滿足IT設(shè)備應(yīng)用中對(duì)不同輸入電源的應(yīng)用技術(shù)要求。分析相關(guān)資料數(shù)據(jù)可知，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心對(duì)UPS供電系統(tǒng)中IT設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，監(jiān)測(cè)UPS輸入以及輸出電壓失真度在2.5%范圍內(nèi)。應(yīng)用的UPS設(shè)備輸出電壓以及頻率基本波動(dòng)范圍需要合理控制在IT設(shè)備規(guī)定范圍內(nèi)，并且供電系統(tǒng)的頻率以及輸出電壓不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響[2]。因此，設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員要對(duì)UPS電源效率、輸出過(guò)載應(yīng)對(duì)能力及輸出功率因數(shù)方面進(jìn)行合理控制，如圖2所示。

圖2 UPS總線配置

3 IT設(shè)備不能出現(xiàn)超出瞬間供電中斷故障

當(dāng)前我國(guó)應(yīng)用的各類工控以及IT設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中電源發(fā)生瞬間供電閃斷或是中斷故障，時(shí)間范圍值要控制在10～20 ms。分析相關(guān)研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，諸多新型IT設(shè)備允許輸入電源瞬時(shí)閃斷及中斷時(shí)間為8 ms。目前，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展對(duì)信息資源依賴性較大，如果信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障，會(huì)產(chǎn)生較大損失。UPS供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要做好系統(tǒng)供電服務(wù)，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要避免8～20 ms的瞬間中斷故障，以確保信息網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)前主要供電方案有以下兩種。（1）數(shù)據(jù)中心機(jī)房多選用單電源輸入IT設(shè)備，可應(yīng)用串聯(lián)熱備份UPS供電系統(tǒng)，利用效率較高。（2）在數(shù)據(jù)中心機(jī)房應(yīng)用雙電源輸入IT設(shè)備，可通過(guò)2臺(tái)UPS單機(jī)組成雙總線輸出供電系統(tǒng)，能有效突出此類設(shè)備的供電應(yīng)用價(jià)值，能適應(yīng)IT設(shè)備不間斷供電需求[3-4]。

4 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及IT設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用雙電源輸入

目前，為了確保數(shù)據(jù)中心機(jī)房的穩(wěn)定運(yùn)行，需要提升網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及IT設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。分析各類常見故障發(fā)生原因發(fā)現(xiàn)，多數(shù)故障的發(fā)生都是由于開關(guān)電源誘發(fā)。網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及IT設(shè)備供電輸入通道中，需要全面消除單點(diǎn)瓶頸故障隱患，防止輸入電源發(fā)生閃退等故障，或是電源停電故障。市場(chǎng)中常用的IT設(shè)備主要有負(fù)載均流型雙電源輸入IT設(shè)備，其次是非均流型的雙電源輸入IT設(shè)備。負(fù)載均流型雙電源輸入IT設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，如果其中一套電源供電模塊發(fā)生故障，會(huì)誘發(fā)停電等故障，此時(shí)供電傳輸任務(wù)會(huì)轉(zhuǎn)移到另外的直流電源供電模塊。該模塊將承擔(dān)較多的負(fù)載電流，以促使IT設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，強(qiáng)化服務(wù)器風(fēng)冷能力。此類直流電源供電模塊支持的風(fēng)扇能自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，加速熱量消耗，以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。IT設(shè)備中能源傳輸任務(wù)被有效分擔(dān)，開關(guān)電源模塊中IGBT管產(chǎn)生的功耗較低，能提升IT設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。非均流雙電源輸入IT設(shè)備生產(chǎn)廠家為了能有效控制生產(chǎn)成本，未在直流穩(wěn)壓電源中添加自動(dòng)均流調(diào)控電路，將導(dǎo)致設(shè)備的兩路直流電源傳輸?shù)截?fù)載的電流存在較大差值。分析相關(guān)實(shí)踐資料發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用此類設(shè)備時(shí)，兩路輸入電流值分別為1.5 A和10.2 A，電流相差較大[5-6]。

5 結(jié) 論

數(shù)據(jù)中心機(jī)房可以選用單相雙電源輸入IT設(shè)備和三相雙電源輸入IT設(shè)備，能為用戶應(yīng)用提供更多選擇。合理應(yīng)用三相雙電源輸入IT設(shè)備，可提升IT設(shè)備的運(yùn)行成效，提升用戶的應(yīng)用體驗(yàn)，保障數(shù)據(jù)中心機(jī)房的有效供電。