網絡機房中UPS優化應用研究

周世毅

（國網固原供電公司，寧夏 固原 756000）

0 引 言

隨著經濟社會的不斷發展，信息技術成為提高社會生產力的重要承載渠道。我國的許多產業、企業以及行業依照時代發展需求建設了網絡機房，在互聯網與電子商務中獲得了普及應用。機房設備需為用戶提供不間斷、實時化以及及時服務，通過不間斷電源（Uninterruptable Power Supply，UPS）系統保證信息數據的維護與更新速度，加強供電系統的安全穩定性。

1 UPS介紹

UPS是1種具有存儲性能的不間斷電源系統，具有電源供給穩定持續的特點，對使用的設備要求較高，廣泛應用于我國大型數據中心和融媒體中心[1]。它將具備免維護性質的鉛酸蓄電池與主機相連，是通過主機模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。該供電模式能夠防止計算機內的數據信息丟失或者通信設備中斷，原理如圖1所示[2]。

圖1 UPS基本原理

2 網絡機房對UPS的基本需求

2.1 可靠性

隨著信息技術的發展，為有效提升生產力，擴大網絡機房規模，逐步增加機房內的設備量。為提升UPS的可靠性能，采用冗余技術和可插拔模塊化設計技術減少單路線故障問題。傾向于選擇性能較好和適合機房特點的設備，增加設備的同時考慮網絡機房的樓板支撐能力。日常運維注重智能化、自動化以及可視化，方便工作人員的運維管理，避免故障擴大[3]。

2.2 擴展性

可擴展問題是信息時代背景下網絡機房與UPS構建的重點。隨著我國信息科技的發展，設備更新換代較快，機房設備設施需及時更換或補充，以滿足企業的日常業務運營需求。根據“十四五規劃”要求，加快傳統行業轉型，當前數據中心的業務量正以每年20%的增速發展，使得機房內各類設備的功率不斷增加。因此，應用UPS要考慮3個方面：一是新舊UPS是否能夠有效兼容；二是新擴容的UPS是否能夠與現場環境相匹配；三是要避免在擴容和升級的過程中出現業務中斷等情況[4]。

2.3 適應性

UPS有后備式、線交互式、在線雙轉換式以及Delta變換式等諸多結構。技術人員設置時要考慮既有設備使用情況、機房周圍環境以及所服務的業務性質問題。以大型數據中心和地方傳媒產業常用的融媒體中心的網絡機房設置為例，設備功率較大，因此在選擇UPS結構時優先考慮具有大功率承載適應性的在線雙轉換模式。它具有輸入和輸出性較好、效率較高以及手動開關作為維修電路的結構等優勢，有利于提高系統的適應性。

3 在網絡機房中應用UPS的途徑

3.1 DCD模塊分析

數據通信裝置（Data Communication Device，DCD）為UPS中的直流配電模塊，是保障系統整體安全穩定性的關鍵。首先，整流器的輸出端將直流電接到蓄電池和負載模塊中，秉承重點負載分路、電池熔斷保護器以及次一級負載分路共同分配的原則。應用較為普遍的直接比特流數字裝置為空氣開關、熔斷保護器以及混合保護型開關，可依照網絡機房的實際需求合理選擇[5]。

3.2 低壓脫離模塊

UPS完成持續供電的原理是其具有不需要維護性質的蓄電池作為存儲支撐，設置低壓脫離模塊有效保護電池，保證電池電源安全輸出，實現負載的運行。例如，網絡機房內的設備在運行或通信時常會受到各類客觀因素的影響，導致出現停電等情況，無法滿足長時間的穩定輸出。因此，通過設置低壓脫離模塊保證系統的長期安全運行，減少電池長時間放電對自身壽命造成的損害。通過低電壓指令（Low Voltage Directive，LVD）實現低壓脫離模塊的建立，當由于人為因素或客觀因素造成電池電壓不穩定時，依照提前設置好的程序開始啟動低壓脫離系統，保證電池運行的可靠性。此外，低壓脫離保護、重新裝載以及負載電壓均可以依照網絡機房的實際需求自主設計，具有較強的可操作性[6]。

3.3 ACD交流配電

自動呼叫分配設備（Automatic Call Distributor，ACD）是指分配設備，也稱為排隊機，能夠依照機房中的呼叫中心前臺接入系統邏輯功能自動呼叫分配。網絡機房中常用的ACD模塊多為三相五線交流模式。我國許多大型和重點網絡機房中使用UPS為ACD模塊系統提供輸入電壓。ACD能夠應用于短路保護、部分線路過載保護、整流器短路以及過載保護系統中，起到獨立控制不同整流器輸入的作用。

3.4 模塊化整流

UPS相比傳統的通信電源系統具有持續性、穩定性以及運行處理效率高的特點，能夠使網絡機房中的網管電源系統更完整且功率密度更大。將UPS整流模塊與濾波系統相結合，電壓更穩定，實現了電池與負載的安全運行。利用模塊化方式設計整流器，完成熱插拔行為自動運行，可減少人為因素對電源系統可靠性造成的干擾[7]。

應用高頻開關技術大幅提高了電源的使用效率，有效增加了電源輸入區間，通過先進的冷卻技術使系統能夠在熱環境下有序運行，但溫度盡量不高于75 ℃。由于USP的應用原理及其優勢，使得UPS在網絡機房中應用廣泛。智能化監測系統的引入，結合有源功率因數校正技術、諧振變頻技術以及高頻諧振變頻技術，有效提高機房內設備運行的安全穩定性。

4 優化網絡機房中USP有效對策

4.1 故障問題處理

應用USP難免會出現故障問題。依照實際的工作經驗分析，常見故障包括電阻故障、電容故障以及控制板或驅動板故障等[8]。依照故障的產生原因和性質，將故障處理的方法總結為直接觀察法和分級壓縮測試法。（1）直接觀察法。系統中的電阻本身是1個具有發熱性質的元件，故障多半是由于熱量積聚所引發，且年限過長、機房環境劣化以及環境溫度過高等均會導致此類問題的出現。通過“看”“嗅”“摸”等方式感受環境溫度的變化，及時排查故障。（2）分級壓縮測試法。實際運維中發現，USP由于涉及的設備和線路較多，出現故障時存在特征不明顯和故障范圍不明等情況。通過分級壓縮測試的方法，利用中分測壓、中分測阻以及動靜結合的方式縮小故障范圍，有效處理故障[9]。

4.2 增加設備設施

基于現代化網絡機房對UPS的需求，要及時做好故障問題排查，通過增加電源設備的方式優化網絡機房設施。考慮客觀因素對系統作業的影響，通過增加防雷模塊的方式在總配電柜中增加相應的防雷性能。例如，OBO：V25-B/3+NPE等可以作為增設模塊的參考型號[10]。在總控制開關上設置1組空氣開關，如3P126A（梅蘭日蘭）等，在配電柜內部增設1組空氣開關，如NSD100空氣開關，與帶有安全護套的匯流排相銜接，依照因地制宜的思路合理設計匯流排。綜合考慮機房樓板承重能力，可以在機房內部增設2臺30K的UPS分別布局，依照現代化網絡機房規模不斷擴大的特征，選擇雙轉換在線結構（如圖2所示），提高系統本身的可擴展性，為外部的運行系統電池柜提供支持。大型數據中心和融媒體中心均可使用此種結構的UPS。適當增設總配電柜，充分考慮用戶的實際需求，可增加相應的制冷設備，合理劃分供電區域。

圖2 雙轉換在線USP結構

4.3 智能化設計

隨著我國科學技術的不斷發展，UPS逐步向智能化、人性化以及數字化方向發展。為提高運轉效率，保證長期的供電質量，引入智能化設計思路，如物聯網智能反饋系統和自動控制調節系統等，拓展網絡機房的使用性能，通過相應的人機交互界面遠程管理機房中的UPS，利用物聯網技術將收集的信息與既定的數據內容相對比進行自我檢測和自我調節，排查與切除故障。在此基礎上延伸出實時監測功能，工作人員無須像以往耗費過多的精力在實地排查和隱患排除上，通過監測系統的運維情況，生成相應的工作記錄并存儲。出現問題時，工作人員能夠及時接收到信息，調取系統存在的問題，通過狀態保障和案例分析的形式提高問題的決策與化解能力。

5 結 論

基于信息時代背景，我國的網絡機房建設朝著規模化和個性化方向發展。通過科學、先進、有效的技術手段，提高機房內各類設備設施的安全性和穩定性。基于UPS的特點及優勢，提高UPS的設計水平，將UPS廣泛應用于網絡服務設備、消防安全報警等系統。