大型IDC機房UPS電源系統配置方法分析

葉海升

（中國通信建設集團有限公司 南方分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

UPS電源為不間斷電源，可源源不斷地對設備進行供電，確定設備能夠安全穩定的運行。與此同時，現代社會迅猛發展的今天，網絡應用范圍不斷擴大，使得社會各界對互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）的穩定性提出了更高的要求，而想要達到這一目的，則需要配置更加良好的UPS電源[1]。所以，研究大型IDC機房UPS電源系統配置方法具有重要意義，可為構建出更加穩定的IDC機房奠定良好基礎。

1 需求分析

在大型IDC機房內，安裝了很多IP數據網絡設備，如服務器和路由器等，在這些設備共同作用下為互聯網用戶提供服務[2]。對于這些網絡設備來說，并不具備備用功能，如果設備停止運行，則會導致信息丟失，影響設備的正常運行，因此在大型IDC機房中所有設備均要連續不停的供電，因而對電源提出了較高的要求[3]。

電源系統配置設計時應滿足下述要求：（1）應具備超過兩套供電設備；（2）應根據系統總體運行情況，設計出合理的備用冗余，以保證UPS可穩定運行；（3）若運行的IP網絡裝置較多時，因系統較為復雜，用戶類型較多，需要系統連續不斷的運行，不可停止供電，所以在系統內應安裝多個UPS設備，且每個UPS設備當中含有相配備的旁路，與此同時，各項參數與市電完全一致，此外系統中還應安裝手動操作模塊，以應對突發事件；（4）在IDC機房內有很多重要的IP設備，加之系統自身非常復雜，導致工作人員開展運維工作時不敢關閉UPS，無法對系統內部展開深層次的檢查，因而在UPS配置時應采用性能較好的電源模塊，可保證電源能夠長期、穩定運行，減少電源關閉的次數；（5）供電時能夠提供符合需求的電力能源；（6）保證系統的相對獨立性高，具備較強的抗干擾性，不會受到外界電源的影響；（7）電源運行時，功率參數處于能夠處于最佳水平，防止出現電力浪費的現象，因而UPS具備較大的功率參數調節范圍[4]。

2 常見的大型IDC機房UPS電源系統配置方案

我國電信領域并未制定出完整的大型IDC發展方案，導致現代IDC機房建設時經常出現一些問題，如機房電源容量較低等，不符合實際需求，影響業務范圍的擴大。電源的安全性較弱，很容易出現掉電問題，影響整個IDC機房的穩定性。此外，IDC機房的面積非常龐大，放置了很多電信設備，但IDC機房剛剛運行時所有區域并未全部放置設備，使用率較低，這種情況下，對電源容量要求較低，以免增加配置成本[5]。之后隨著IDC業務的擴大，機房內部設備逐漸增加，需不斷提升電源容量，以保證整個機房能夠正常、穩定運行的同時，減少浪費問題的出現。所以，現代IDC機房建設時應加強對UPS電源配置的高度重視，合理設計電源容量，確保整個IDC機房能夠安全、穩定的運行。現代計算機領域常用的UPS電源配置模式有下述兩種。

2.1 串聯主從備用模式

在IDC機房的電源端，通過串聯的方式分別安裝兩套參數和型號一致的UPS電源，當一個電源出現問題后，系統可直接調轉到備用電源，從而使整個系統穩定運行，其原理結構如圖1所示[6]。

圖1 主從備用模式簡圖

該模式在兩UPS電源配置時，僅注重鎖相同步，無需考慮與另一電源的聯動，操作較為簡單，易于實現。整個系統運行時，僅需要啟動一套UPS電源，另一套處于休眠狀態，因而自損率較小，遠遠小于另一種模式，但與此同時，該模式也存在一些缺陷，即主UPS電源出現故障，需要跳轉至備用UPS時，逆變器處可能產生較高的電流，由0增長至峰值，不僅會傳輸一些錯誤命令，而且還可能導致系統出現故障，影響系統運行。此外對于備用機來說，安裝到自己旁路上，正常狀況下逆變器無負載電流，管理者無法動態對UPS予以檢測，不能及時尋找出其中出現的問題，將要跳轉至備用設備時可能會影響系統的正常運行。兩套UPS電源全都關閉時，應由人工旁路處向系統輸送充足電力能源，以保證整個系統穩定運行，但這種情況下增加了系統的安全風險，因而很少將兩套電源全部關閉維護。

2.2 并聯功率均分備用模式

在系統的前端，通過并聯的方式分別安裝兩套UPS電源，根據機房內各設備的運行情況，平均將功率分配給各UPS電源，具體如圖2所示。

圖2 并聯功率均分備用模式簡圖

該模式的主要優點包括以下兩點。（1）系統運行時，兩套UPS電源同時打開，能夠對兩套UPS電源予以檢測，準確掌握UPS對應逆變器的運行情況，可第一時間發現問題，及時制定有效的改善措施，保證系統穩定運行。（2）正常運行時，在兩套UPS逆變器內都會流過50%的電流，若一套UPS電源出現問題無法正常運行，則可直接跳轉至另外一套UPS電源，且其中流過的電流量翻倍，相對于上一種切換操作來說，這種切換更加安全。但需要注意的是，該模式也存在一定缺陷，即在UPS電源內設置了自動轉旁路的判斷條件，若市電品質出現變化，達到某個情況時，系統內的UPS均會自動跳轉，進入到市電旁路中，以防止整流器遭到破壞，與此同時，還防止了蓄電池頻繁放電，這種情況下若市電突然大幅度下降，則會導致所有IP設備掉電[7]。

3 大型IDC機房UPS電源系統配置的優化方案

3.1 調節UPS輸出電壓鎖相同步

對于當前常用的UPS配置模式來說，均存在較大的局限性，可能出現掉電等多種問題，影響整個IDC機房的穩定運行[8]。為了進一步提升UPS電源系統的合理性，可調節UPS輸出電壓鎖相同步，具體操作為如下。首先，對現有UPS鎖相同步進行調整，改變成一般情況下只要求多套UPS電源間的輸出電壓保持鎖相同步，操作較為安全，且安全性較高，無需對UPS輸出電壓與市電電壓的鎖相同步處理。其次，只有兩套UPS電源全部出現故障，通過油機輸送電力能源時，可自動將UPS輸出與油機電的鎖相同步打開。再次，在鎖相同步當中需要設置兩種不同的模式，一種為自動打開模式，可由系統自動將鎖相打開，另一種為人工打開模式，由人工操作打開。最后，想要提升鎖相同步設備具有較高的穩定性，需要在鎖相同步模塊內設計出多套應急方案。

3.2 完全獨立的UPS電源模塊

在IDC機房內，安裝4套相互獨立的UPS電源，每兩套可構成一個系統，從而完成電力能源的傳輸工作，具體如圖3所示。整個UPS模塊內，共包括了兩套UPS系統，且兩組獨立運行，發生相位差異較大等故障時，整個電源模塊依然可以穩定運行。當其中一套UPS系統發生故障后，另一套UPS系統依然可正常運行，能夠向IP設備輸送出充足電力能源，降低了IP設備掉電的概率。4套UPS電源運行時，所有UPS輸出功率相對較低，僅為總負荷量的50%，而兩套UPS運行時UPS輸出功率則會增加，為總負荷的100%[9]。但需要注意的是，該模式也存在缺陷，整個系統內共安裝了4套UPS電源，雖然在安全性符合要求的情況下也可適當減少電源數量，但相對于傳統配置模式需要投入更多的成本。此外，該模式應用范圍具有較大的局限性，僅可應用到雙電源模塊數據設備供電系統中，而其他類型的設備則無法應用該模式。

圖3 完全獨立的UPS電源模塊

3.3 并聯母線的準獨立雙路UPS電源模塊

該模式的優勢為在UPS系統內不僅設計了鎖相同步設備，而且還安裝了靜態切換開關（Static Transfer Switch，STS），能夠應用到內部較為復雜的IDC機房內，同時對IP設備的要求并不是很高。而且只有在UPS電源自身出現問題，使得所有UPS電源都不能供電的情況下，才會使整個系統終止運行，而其他情況下整個系統均可穩定運行[10]。此外，UPS電源運行時主要由STS控制切換，因而具有較高的穩定性。但需要注意的是，該模式也存在缺陷。一方面，整個UPS電源系統內均需要進行鎖相同步，因而對電源的運行具有更高的要求。另一方面，在全部UPS設備中均安裝了不同控制模塊，所以某套UPS發生故障后，可能影響到另一套UPS電源[11]。

4 結 論

社會迅猛發展的今天，使得大型IDC機房的業務規模逐漸擴大，進而對電源系統提出了更高的要求。想要達到這一要求則需要加強對現有UPS電源配置方案的分析，準確尋找出其中存在的缺陷，并以此為基礎，進一步提升整個IDC機房的穩定性。