數(shù)據(jù)中心不間斷電源系統(tǒng)供電方案及造價(jià)對比分析

劉 帆

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷深化改革，國務(wù)院、國家各部委先后發(fā)布了網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國與寬帶中國發(fā)展戰(zhàn)略、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃、促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要等一系列影響重大的重要政策文件，中國的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)迎來了大發(fā)展的時代，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也逐步進(jìn)入了白熱化階段。目前，我國數(shù)據(jù)中心應(yīng)用規(guī)模也已達(dá)到世界第二位，僅次于美國水平，數(shù)據(jù)中心已正式成為互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施之一。而隨著云計(jì)算的興起，5G時代的來臨，我國IDC產(chǎn)業(yè)也必將隨著國內(nèi)IT市場的發(fā)展保持高速增長的態(tài)勢。

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017），明確規(guī)定了數(shù)據(jù)中心的分級和設(shè)計(jì)。電源供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的根本保障系統(tǒng)，而通信電源部分的供電方案是整個電源供電系統(tǒng)的重中之重，不同的供電方案適用不同的場景。本文針對數(shù)據(jù)中心的不同通信電源供電方案，對其系統(tǒng)配置、應(yīng)用場景及其造價(jià)投資進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1 數(shù)據(jù)中心的分級

為適應(yīng)國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)并與國際接軌，2017年5月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺了數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的國標(biāo)文件，即《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174—2017）。根據(jù)該規(guī)范，數(shù)據(jù)中心電源的配置方案可以有如表1所示的幾種情況。

從表中不間斷供電系統(tǒng)配置的要求來看，數(shù)據(jù)中心的通信電源配置系統(tǒng)有三種供電方案：2N或M(N+1)、一路（N+1）UPS和一路市電供電、2N或（N+1）。由此，本文對這些供電方案的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用場景及造價(jià)投資進(jìn)行詳細(xì)論述。

2 不同通信電源供電方案比較

2.1 2N雙總線UPS系統(tǒng)

2.1.1 2N雙總線UPS系統(tǒng)簡述

2N雙總線UPS系統(tǒng)是指由兩套UPS系統(tǒng)組成雙總線分布冗余系統(tǒng)，兩套UPS系統(tǒng)互為主備用，每套系統(tǒng)均能完全滿足供電負(fù)荷。正常運(yùn)行時，兩套系統(tǒng)均分負(fù)載，每套UPS供電系統(tǒng)各承擔(dān)1/2的負(fù)載，當(dāng)其中1套UPS供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一套UPS設(shè)備將承擔(dān)通信系統(tǒng)的全部負(fù)載供電。2N雙總線UPS系統(tǒng)供電模式如圖1所示。

圖1 2N雙總線UPS系統(tǒng)供電模式

表1 數(shù)據(jù)中心電源的配置方案

2.1.2 2N雙總線UPS系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)勢：2N冗余系統(tǒng)的供電方案克服了單電源系統(tǒng)存在的單點(diǎn)故障瓶頸，大大增加了供電系統(tǒng)可靠性，是目前IDC數(shù)據(jù)中心中廣泛采用的一種供電方案。

劣勢：2N冗余系統(tǒng)的缺點(diǎn)也非常明顯，設(shè)備配置多、成本高，通常情況下效率比N+X容錯系統(tǒng)低。同時，由于設(shè)備占用建筑面積，同等規(guī)模下的數(shù)據(jù)中心裝機(jī)率低。

2.2 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式

2.2.1 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式簡述

單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式的外市電由兩路市電引入，互為備用。當(dāng)市電電源滿足要求時由市電為全部負(fù)載供電，當(dāng)市電電源故障或電源質(zhì)量不滿足要求時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)由不間斷電源系統(tǒng)為全部負(fù)載供電，以降低電源系統(tǒng)的損耗。單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式如圖2所示。

圖2 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式

2.2.2 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)勢。與2N雙總線UPS系統(tǒng)相比，單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式減少了一套UPS系統(tǒng)的配置，大大降低了系統(tǒng)造價(jià)，供電可靠性也優(yōu)于單電源系統(tǒng)；由于UPS系統(tǒng)的減配，電池?cái)?shù)量減少，電力電池室的房間面積減少，建設(shè)規(guī)模的數(shù)據(jù)中心可裝機(jī)架數(shù)大大提高，經(jīng)過實(shí)際工程案例測算，裝機(jī)率能提高6%～7%。

（2）劣勢。供電可靠性低于2N雙總線UPS系統(tǒng)。

2.3 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式

2.3.1 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式簡述

單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式是在單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。該模式的外市電同樣由兩路市電引入，互為備用。將高壓直流系統(tǒng)替代UPS系統(tǒng)，與之不同的是，高壓直流系統(tǒng)采用336 V直流電源，比220 V的UPS在節(jié)能和降低電纜造價(jià)上更具優(yōu)勢。單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式如圖3所示。

圖3 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式

2.3.2 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)勢。單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式同樣具有造價(jià)低、裝機(jī)率高的優(yōu)點(diǎn)，且由于高壓直流系統(tǒng)相比UPS系統(tǒng)無逆變過程，在節(jié)能上更優(yōu)于單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式。

（2）劣勢。系統(tǒng)復(fù)雜，需要相同配置的高壓直流機(jī)柜、服務(wù)器等設(shè)備共同組成該系統(tǒng)，受市場制約和客戶接受制約更大。

2.4 3N UPS系統(tǒng)

2.4.1 3NUPS系統(tǒng)簡述

3NUPS系統(tǒng)是指每3套UPS供電系統(tǒng)組成兩兩雙總線分布冗余系統(tǒng)，3套UPS供電系統(tǒng)互為主備用。在正常情況下，3套UPS供電系統(tǒng)共同擔(dān)負(fù)同一通信設(shè)備的供電，理論上3套系統(tǒng)均分負(fù)載，每套UPS供電系統(tǒng)各承擔(dān)1/3的負(fù)載，當(dāng)其中1套UPS供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，由其他UPS設(shè)備承擔(dān)通信系統(tǒng)的全部負(fù)載供電。3NUPS系統(tǒng)供電模式如圖4所示。

圖4 3N UPS系統(tǒng)供電模式

2.4.2 3NUPS系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)勢。與2N雙總線UPS系統(tǒng)相比，3NUPS系統(tǒng)具有節(jié)省造價(jià)、提高裝機(jī)率的優(yōu)勢。

（2）劣勢。3NUPS系統(tǒng)采用交叉供電的方式，要求帶載負(fù)荷均衡，系統(tǒng)設(shè)置相對于其他系統(tǒng)難度較大，對運(yùn)行維護(hù)的要求也相對高一些。

3 4種不間斷電源系統(tǒng)供電方案的造價(jià)對比分析

通過對項(xiàng)目中采用不同供電方案的造價(jià)進(jìn)行抽取，對比了上述4種不間斷電源系統(tǒng)供電方案的單機(jī)架投資，具體情況如表2所示。

表2 四種不間斷電源系統(tǒng)供電方案

從表2可以看出，2N雙總線UPS系統(tǒng)的單機(jī)架投資最高，明顯高于其他3種不間斷電源系統(tǒng)。單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式與單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式的單機(jī)架投資大致相當(dāng)，但從系統(tǒng)配置和市場接受度來看，單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式更優(yōu)。

4 結(jié) 論

總的來說，2N雙總線UPS系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)簡單，后期運(yùn)維難度和成本較低，但初期建設(shè)成本偏高；3NUPS系統(tǒng)的架構(gòu)最為復(fù)雜，且后期運(yùn)維難度較高，但在節(jié)省造價(jià)和提高裝機(jī)率上有較大優(yōu)勢；單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式初期建設(shè)成本、后期運(yùn)行成本都較低，但由于服務(wù)器及機(jī)柜等需要單獨(dú)采購定制，市場可接受程度較低；單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式在系統(tǒng)架構(gòu)、后期運(yùn)維難度和成本、初期建設(shè)成本、裝機(jī)效率上都有很大優(yōu)勢，且能滿足國標(biāo)對于A級機(jī)房的配置要求，但在供電可靠性上低于2N雙總線UPS系統(tǒng)，需要考慮市場用戶的接受程度。

綜合以上分析，在實(shí)際工程中，需要根據(jù)項(xiàng)目具體情況、特點(diǎn)、用戶需求來選擇不同的供電方案，以實(shí)現(xiàn)造價(jià)、運(yùn)維成本、供電可靠度的最優(yōu)配置。