數據中心機房電源配置方案研究

林瑋瑋

（臨沂市中心醫院基建科，山東 臨沂 276400）

0 引 言

數據中心作為信息化建設的重要內容，是信息化系統應用的基礎[1]。數據中心機房電源必須要滿足不間斷運行的基本要求，從而使機房設備能夠穩定、安全工作。在數據中心建設中，不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統對保障數據安全意義重大。由于數據中心工作的特殊性，數據中心機房各種IT通信設備中斷供電時間不能過長，否則就會對數據中心設備終端造成直接影響，帶來嚴重的后果[2]。此外，數據中心機房通信負載具有非線性的特征，同時存在較大的諧波和較小的功率因數[3]。在數據中心的機房建設過程中，機房電源配置非常重要，規劃數據中心機房時要從實際情況出發合理制定科學的數據中心機房電源配置方案。

1 數據中心機房對UPS電源配置的要求

數據中心機房能夠滿足對各種信息、數據等進行處理的要求，同時能夠實時傳輸或存儲已經處理的數據。通過在線式UPS電源作為逆變器電源，促使UPS電源可以將無干擾、連續并且穩定的高質量電源提供給機房，從而使數據中心機房各種IT通信設備的穩定、安全運行得到保障。與此同時，UPS電源需要滿足點位低和無突變的要求，避免進入普通市電的電源狀態[4]。如果數據中心機房UPS電源進入市電電源狀態，那么將會降低用戶關鍵性負載電源的供電質量，不能確保用電安全，導致網絡運行面臨的安全風險增加。通過采用N+1冗余并機技術，可以使數據中心機房中UPS電源的容錯能力得到極大程度的提高，有助于UPS電源供電質量的提升[5]。此外，數據中心機房的供電系統采用雙總線輸出、輸入的方式。當數據中心用戶負載有短路問題發生時，需要及時切換UPS逆變器，由此提升數據中心機房內各種IT設備電源的可用率。

2 數據中心機房電源配置方案

2.1 典型電源配置方案

隨著科學技術的不斷發展，數據中心機房電源的配置方案也在不斷發展。要從眾多的數據中心電源配置方案中選擇合適的方案，一方面需要對不同的數據中心機房電源配置方案的特征進行充分了解，另一方面從數據中心的實際情況出發來確定科學、合理、最優的數據中心機房電源配置方案。

2.1.1 機架式電源配置方案

在該方案下，每一個UPS都可以向機柜供電。由于沒有冗余部件引入到該方案中，導致了機架式電源配置方案只可以獨立提供較短的持續供電時間，因此通常在數據中心接入層機柜或者是樓層弱電間應用機架式電源配置方案，如圖1所示[6]。

圖1 數據中心機房機架式電源配置方案

2.1.2 集中式電源配置方案

一般而言，具有代表性的集中式電源配置方案通過大型的三相機柜式UPS作為機房設備，從而保證數據中心機房的供電安全[7]。數據中心機房集中式電源配置方案中各個機柜的電源和UPS機柜直接連接，盡管借助UPS電池組的增加使數據中心機房的供電保障時間得到延長，然而大型UPS占用機房的空間較多并且缺乏冗余部件，因此集中式電源配置方案通常在數據中心的單路設備小型網絡中應用，如圖2所示。

圖2 數據中心機房集中式電源配置方案

2.1.3 基于靜態轉換開關的冗余電源配置方案

該冗余電源配置方案中，新增配置了靜態轉換開關、降壓變壓器。靜態轉換開關中含有電源分配裝置，可實現對UPS機組的分配和切換，較好地保障了數據中心機房的安全供電[8]。該配置方案能較好地避免機柜電源及布線等單點故障，有效降低了數據中心機房發生故障時的斷電概率，具有較好的可靠性，如圖3所示。

圖3 數據中心機房基于靜態轉換開關的冗余電源配置方案

2.1.4 基于機架式自動轉換開關的負載冗余電源配置方案

基于機架式自動轉換開關的負載冗余電源配置方案去除了靜態轉換開關，整個電源系統的完全冗余得到實現。與此同時，借助機架式自動轉換開關的安裝，將冗余鏈路與機柜相連，將主干鏈路中的單點故障點向機柜內的鏈路進行分散，當設備通過單路電源進行供電時，每一個機柜都只存在一個單點故障點，由此提高整體方案的可靠性。相對于靜態轉換開關方案，數據中心機房基于機架式自動轉換開關的負載冗余電源配置方案單路設備完全冗余得到實現，提高了系統的可靠性，一般在使用單路設備的大型網絡中心應用，如圖4所示。

圖4 基于機架式轉化開關的負載冗余電源配置方案

2.2 數據中心機房電源配置方案比較分析

結合實際情況，合理選擇電源配置方案。如果數據中心的機房規模不大，設備的數量不多，同時大部分的設備為單路設備，那么可以采用適合單路設備的數據中心機房電源配置方案。基于轉換開關負載的冗余電源配置方案具有較高的穩定性，然而該方案要求配置兩套大型的機柜式UPS機組，不僅增大了數據中心機房的面積，而且還增加了成本費用。數據中心機房電源配置過程中，從多個方面進行考慮，可以采用集中式電源配置方案，同時將雙路市電冗余和UPS供電端相連接，以此提高電源輸入端的可靠性[9]。

隨著數據中心的設備規模不斷擴大和數據中心網絡架構的不斷調整，雙路設備逐步取代了大多數的單路設備。為了滿足數據中心不斷發展的要求，數據中心的大型設備不斷增加，例如刀片式服務器和大容量交換機等。如果數據中心機房電源選擇只適宜單路設備的電源方案，會影響到數據中心的可靠性。盡管單路和雙路混合負載的冗余電源配置方案能夠提高可靠性，但為了滿足單雙路設備同時存在下電源的冗余配置要求，需要對數據中心進行重新改造，這增加了單雙路設備重新部署的難度。在數據網絡系統安全性與穩定性得到保障的基礎上，需要對機房的場地、設備冗余要求、費用等進行綜合考慮，由此合理選擇電源配置方案。將電源分配裝置向UPS前移動，通過分別獨立的兩路市電和供電端相連，由此解決供電端的冗余問題，提高系統的可靠性。隨著數據中心的要求日益提高，如果可以使單雙路設備完全實現物理分離，同時在場地、環境、經濟等符合要求的基礎上，可以選擇單雙路混合的負載冗余電源配置方案，充分滿足設備的冗余需求，有效提升網絡中心電源系統可靠性。

需要注意的是，通常數據中心機房確定電源冗余保障時間的依據是數據中心的總電源鏈路保障時間。數據中心的機房電源冗余保障時間要比總電源的鏈路保障時間長，這樣才可以使電源的冗余作用得到充分發揮。

3 結 論

隨著社會的不斷發展，信息化與數字化建設進程加快，數據中心建設受到人們的重視。為了確保數據信息的安全，科學選擇數據中心機房電源配置方案，為數據安全傳輸與存儲提供保障。數據中心機房電源配置時，一方面要從數據中心的實際情況出發選擇合理的方案，另一方面要深入研究網絡設備和強電設備的位置關系。為了使數據中心網絡設備不受電磁輻射的影響，在條件允許的情況下將強電設備統一放置在獨立房間。基于對數據中心不同機房電源配置方案的分析，與數據中心實際情況相結合，合理選擇冗余配置方案，從而為數據中心的安全運行提供保障。