數據中心機房電源配置研究分析

陸曉華

摘 要：最近幾年，隨著大數據和數字經濟的發展，數據中心作為新型基礎設施建設為經濟高質量發展提供了堅實的基礎，UPS供電系統作為影響數據中心機房安全可靠運轉的核心因素也愈發重要。經過深層次的研究可見，UPS電源在供電中斷時能夠持續穩定的供電，提升數據中心房的安全性與可靠性。基于此，本文主要對數據中心機房電源配置進行了綜合的分析。

關鍵詞：數據中心機房;電源;配置分析

1、數據中心機房電源工作原理以及配置規劃

數據中心UPS電源一般有正常、電池供電、旁路三個工作狀態。在正常工作狀態，機房電網先將市政供電380V/220V交流電通過AC/DC整流器裝置把交流電轉變為直流電，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換并穩定持續的輸出380V/220V交流電源，最終提供給機房中各IT設備的正常運轉;在電池供電狀態，指發生突發狀況如市政供電停止等異常的狀態，UPS電源必須立即將蓄電池組持續輸出直流電并通過逆變器轉換為交流電，確保IT設備供電穩定;最后一種就是旁路狀態，當UPS系統內部自身發生故障時，UPS電源必須及時切換市政供電進行直接供電。由此可見，UPS電源的結構、供電方式和運行狀態相對復雜，如何確保最短的切換和最穩定的供電，合理的設計配置就尤其重要。

2、UPS電源配置原則

數據中心機房的UPS電源，首先必須保證最大瞬間供電切換時間小于一般IT設備能忍受的二十毫秒之內，若是時間過長會造成設備重啟或者宕機。其次，數據中心機房的IT設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據中心機房可以承受范圍內。只有滿足這些基本的配置原則后，才可以確保UPS電源能夠在數據中心電源出現問題的情況下繼續運轉。最后也是最為重要的就是選擇好能長期穩定運行的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并聯冗余，則其單個荷載不高于百分之四十;如果需確保數據中心機房能夠更高可靠性的運轉，那還需要考慮選擇雙母線等方式形成獨立冗余系統，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。小型數據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，在設計和建設期必須保證輸出端不少于兩個UPS，且其通過并聯的方式相連接，同時必須保證所應用的UPS品牌、型號、規格完全一致，通過此種方式形成的UPS冗余供電網絡，能夠保證UPS輸出的穩定性，有效的將所有逆變器的負荷平均劃分。如果UPS發生問題，則發生問題的UPS會自行退出系統，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的良好運行能夠實現平均分配負載，最大化保證IT設備的長期運轉品質的一致性，同時若是UPS主機出現問題時不會干擾負荷供電的持續性。利用提升并聯UPS主機數量能夠提升系統的容量，通過逐個脫機的方式可以方便的開展養護工作。N+1冗余供電方法必須保證具備合格的基礎系統、模塊、組件以及走線連接，如果裝置發生的問題不超出冗余度，則IT設備能夠持續穩定的工作，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）。大中型數據中心機房為確保UPS供電系統的可用性與穩定性，數據中心機房中應該采用兩套完全能單獨工作的UPS系統組建的2N以及2（N+1）系統，電力行業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、同步控制裝置、STS靜態切換開關以及配電柜。IT設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需求的UPS系統。若是兩個系統中其中一個發生問題，則另一個仍能夠繼續工作，進而保證整個系統正常的運行。當系統運行良好期間，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系統中的輸出母線連接，將所有負荷平均劃分到2個UPS系統中，在此系統中依據用戶的需求必須設立兩條母線，分別為A和B，設立期間必須遵循2個UPS供電系統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系統中的輸出母線相連，STS在應用期間設定方法與規范和雙電源負荷的一致;在系統正常運行期間，2個母線分別承擔百分之五十的負荷。無論2N與2（N+1）系統中哪個UPS出現問題，則系統仍舊保持原始狀態下雙母線供電系統正常，不過如果有一條母線發生故障和進行維修與養護工作期間，雙電源系統中能夠繼續工作的母線則會承載全部負荷，進而保證系統能夠良好的運行，但是單電源系統中負荷會利用STS轉接到其他母線中持續運行。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類型的單系統供電措施進行比較，可以發現2N冗余供電方法的優勢在于其能夠在任意母線出現問題和維修養護期間，仍然能夠持續穩定的運行，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，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務系統中，其符合數據機房供電相關標準中的A級標準與T4標準。

3.3“Δ型”供電方式（三母線供電方式）。大型數據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，其是比較個數的雙母線供電方式，運轉的3組系統若是任意系統發生問題，則負載會均分給剩余的系統，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。經過深層次的研究可見，三母線供電方式能夠降低用電設施對場地的占用，保證其供電方法的功效高于2N冗余供電方法，有效的降低相關用電設施的投資成本，確保配電系統與系統帶載負載的最佳化，所以可以符合大多數T4和全部T3+以及A級規范數據機房的需求，其在高等級保障情況的應用頻率較高。

結束語

數據中心是企業和社會數字化運行的基礎工程，為各個業務系統提供穩定、安全的工作環境。數據中心的供電系統就是這項基礎工程的能量血液。供電系統的穩定，就能夠保障業務系統乃至社會各項服務的正常運行。本文通過對UPS電源系統的綜合分析，得出如下結論：對于大中型數據中心機房在雙電源負載較多且有重要業務系統的情況下，UPS電源系統配置應當選擇雙母線2N統配置方式，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新和探索。

參考文獻

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