摘要：衡量IDC機房的設計和配置水平高低的重要標志之一是，不但要看它的UPS冗余供電系統(tǒng)是否具有高可靠性、高抗干擾性、高抗自然災害的能力及易“可管理性”，還要看它能否為IDC設備獲得100％的高“可利用率”，創(chuàng)造出優(yōu)良的電源運行環(huán)境。

關鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心；多媒體數(shù)據(jù)中心；不間斷電源冗余配置與設計

1選配具有優(yōu)異“容錯”功能的UPS冗余

供電系統(tǒng)

眾所周知，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)和多媒體數(shù)據(jù)中心(MDC)是高速互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控中心。用戶對它們所承擔的對信息資源(數(shù)據(jù)、語音和圖象信息)的遠程處理、存儲和轉送的“時效性”要求極高。那怕是僅幾秒鐘的“停機”均會給整個互聯(lián)網(wǎng)的安全運行和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營帶來無法估量的損失。嚴重時,甚至會造成社會和經(jīng)濟生活的嚴重癱瘓。因此，IDC必須向用戶提供365×24h連續(xù)不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務。為達此目的，從設計原則上講，承擔著向IDC機房供電任務的整個電源系統(tǒng)都必須采用具有高度“容錯”功能的冗余式的供電方案，以確保無論是在市電電網(wǎng)出故障時或是在某臺“雙變換、在線式UPS電源"的逆變器發(fā)生故障時，還是在進行日常維護/檢修操作時或因故致使保險絲燒毀/斷路器開關“跳閘”時，互聯(lián)設備均應由“在線式UPS”的逆變器電源來供電，而不應進入由普通的市電電源/應急備用發(fā)電機組經(jīng)UPS的交流旁路來供電的狀態(tài)。這是因為只有“在線式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶的負載提供同時具有穩(wěn)壓、無頻率“突變”，無干擾和波形失真度極小的高質量正弦波電源。對于包括后備式UPS，在線互動式UPS在內(nèi)的“非在線式UPS”來說，它們主要對輸入電源的電壓進行調(diào)整，對輸入電壓的頻率波動，各種電源干擾和電壓失真度并無“實質性”的改善。這就意味著，在整個供電系統(tǒng)中，不應存在單點“瓶頸”故障隱患。為此，應盡可能地配置具有高度“容錯”功能的UPS冗余供電系統(tǒng)。也就是說，在這種UPS供電系統(tǒng)的運行中,即使遇到某些“部件”偶然發(fā)生“故障”時,整個UPS供電系統(tǒng)必須仍能正常工作。

根據(jù)當今UPS產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展水平,以選用具有“雙總線輸入”和“雙總線輸出”供電功能的UPS冗余供電系統(tǒng)為宜。它是由如下幾部分供電系統(tǒng)所構成的。

1?1“雙總線輸入”冗余式的輸入電源供電系統(tǒng)

由市電和備用發(fā)電機組所組成的雙總線輸入供電系統(tǒng)，它的基本配置為：由市電輸入電源＋備用發(fā)

電機組＋“自動切換"控制柜＋輸入配電柜。自動切換控制系統(tǒng)時刻監(jiān)視著各種輸入電源的實時運行狀態(tài)，并確?？偸菍⑵渲凶羁煽康囊宦冯娫此偷経PS的輸入端。對于某些重要的IDC機房而言，其“應急發(fā)電機”電源實際上是一套由多臺柴油發(fā)電機＋發(fā)電機并機控制柜所組成的冗余式發(fā)電機供電系統(tǒng)。為確保后接的“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)能絕對安全可靠地運行，必須高度重視位于上述冗余輸入電源供電系統(tǒng)中的各種設備之間的“技術兼容性”和“切換參數(shù)”的正確設置。這是因為如果設備的選型和配置不合理或“切換參數(shù)”設置不當,就有可能造成后接的UPS供電系統(tǒng)“出故障”或出現(xiàn)對用戶負載的瞬間“供電中斷”的故障隱患?？膳e例說明此事。 1）由于某用戶的“1＋1”型UPS并機系統(tǒng)的輸入供電系統(tǒng)的設計欠妥，在長達數(shù)年的運行中似乎一切“正常”。然而，當用戶的輸入變壓器的高壓側因故出現(xiàn)“瞬間跳閘”故障時，引起UPS中的電池組也發(fā)生“爆炸起火”故障；

2）由于所選配的“1＋1”型并機系統(tǒng)存在設計缺陷(價格低),某用戶的“1＋1”型UPS冗余并機系統(tǒng)，在輸入電源供電中斷又突然恢復正常供電時，或在同一電網(wǎng)上有人在作市電供電與備用發(fā)電機供電“互投切換”操作時,就會出現(xiàn)如下故障現(xiàn)象：

——出現(xiàn)了這套UPS供電系統(tǒng)長期處于對用戶負載提供“交流旁路電源”供電的故障狀態(tài)； ——其中的1臺UPS的逆變器進入“自動關機”狀態(tài),其持續(xù)時間為3～10s左右;

——整套“1＋1”UPS并機系統(tǒng)出現(xiàn)2～6s左右的“短暫停機”故障現(xiàn)象等。

在此說明的是，對于－48V通信電源而言，由于它們已采用雙路三相交流電源供電體制及備有大容量的－48V電池組的緣故。一般是將這種冗余式的通訊電源的輸入端直接連接到IDC的冗余式輸入電源的輸出端上，而無需將它們連接到“N＋1”型UPS冗余并機供電系統(tǒng)上，從而達到節(jié)省投資的目的。

1?2高可靠性的“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)

要想讓互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心具有365×24h的“全天候”運行特性，對于向它提供電源的UPS產(chǎn)品的可靠性的要求是非?？量痰?。這是因為對于可靠性僅達99.999％的UPS產(chǎn)品來說，它在一年中可能造成的互聯(lián)網(wǎng)的停機時間長達316s，即使將UPS產(chǎn)品的可靠性提高到99.999999％，在一年中可能造成的停機時間仍有320ms之長。對于IDC機房而言，如果真的發(fā)生長達320ms的停機故障，它會帶來很大的損失。這是因為當前多數(shù)計算機所允許的瞬間供電中斷時間為10～18ms。否則，就會造成用戶的網(wǎng)控操作系統(tǒng)或運行軟件遭到破壞。因此，要想讓IDC機房真正具備能提供365×24h的連續(xù)不間斷的運行特性，絕不是當今的UPS產(chǎn)業(yè)可提供的UPS單機所能達到的。迄今為止，我們只能制備出故障率越來越低的UPS產(chǎn)品。然而，還制造不出“故障率為零”的UPS產(chǎn)品。在當今的技術條件下，采用“N＋1”型UPS冗余并機供電系統(tǒng)是消除單點“瓶頸”故障的最佳供電方案。它是在確保各臺UPS單機的逆變器輸出電壓處于同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現(xiàn)在各種UPS單機之間的“環(huán)流”等于零)，將“N＋1”臺具有相同輸出功率的UPS單機置于并聯(lián)輸出狀態(tài)來運行的供電系統(tǒng)。

為使UPS并機供電系統(tǒng)具有必要的“容錯”功能，要求用戶的最大負載量不應超過N臺UPS單機的總輸出功率。當UPS并機系統(tǒng)正常工作時，由“N＋1”臺UPS單機來平均分擔負載電流。當某臺UPS出故障時，發(fā)生故障的那臺UPS通過執(zhí)行“選擇性跳閘”操作而自動脫機，此時,由剩下的N臺UPS繼續(xù)為用戶提供高質量的逆變器電源。

大量的運行實踐表明，隨著位于UPS冗余系統(tǒng)中的UPS單機數(shù)量的增加，它不但會造成整套UPS冗余并機供電系統(tǒng)的可靠性逐漸地下降，而且還會導致整套UPS冗余并機系統(tǒng)的“輸出功率的余量”也逐漸地減小(這意味著：UPS并機系統(tǒng)的抗輸出過載能力也在逐漸地降低)。因此，從應用技術的角度看，用戶應盡量地選用最可靠的“1＋1”型或“2＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)。為說明此問題，請參見表1。

表1某型號UPS多機冗余直接并機供電系統(tǒng)的可靠性并機方案1＋12＋13＋14＋15＋16＋1
系統(tǒng)輸出功率“余量”/％1005033252016
系統(tǒng)與單機的MTBF之比5.54.12.92.11.30.98
從表1可知，對“1＋1”型并機系統(tǒng)而言，其MTBF為單機的5.5倍。由此可見，采用冗余并機供電方案的確可使得整個供電系統(tǒng)的可靠性得到明顯的改善。然而，過份地增多單機的數(shù)量會造成并機系統(tǒng)可靠性的“巨大犧牲”，而且“6＋1”型并機系統(tǒng)的可靠性反而比單機的可靠性還低。

IDC機房用UPS冗余供電系統(tǒng)的配置和設計（1）

圖2帶負載同步控制器LBS和STS的雙總線輸出UPS冗余 [!--empirenews.page--]

供電系統(tǒng)(力博特的UPS電源產(chǎn)品)

圖1經(jīng)濟型的雙總線輸入,雙總線輸出UPS冗余供電系統(tǒng)

表2互聯(lián)網(wǎng)的“帶寬”增值服務價格比較表網(wǎng)絡速率/bit/s≤64k64～128k128～256k256～384k384～512k512～768k768～1024k1024k～2M
網(wǎng)絡的相對使用費用11.31.82.43.34.56.17
網(wǎng)絡速率/bit/s2M～4M4M～8M8M～10M10M～20M20M～34M34M～100M100M～200M
網(wǎng)絡的相對使用費用91619305090150

1?3“雙總線輸出”型的UPS冗余輸出配電系統(tǒng)

為了消除可能出現(xiàn)在UPS并機系統(tǒng)輸出端與用戶端之間的“單點瓶頸”故障隱患，有必要配置UPS的雙總線輸出配電系統(tǒng)。其基本配置是由“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)(優(yōu)選“1＋1”或“2＋1”型并機供電方案)＋輸出配電柜＋負載自動切換開關(LTS)所組成的UPS輸出供電系統(tǒng)。對于某些要求極高的的場所，還應配置由負載同步控制器（LBS）＋兩套“N＋1”型UPS冗余供電系統(tǒng)所組成的具有極高“容錯”功能的供電系統(tǒng)。鑒于目前在IDC機房中所用的服務器和磁盤陣列機等產(chǎn)品中有（30～50）％為采用“雙電源輸入供電”體制的產(chǎn)品，對于這些設備，可以直接將分別來自兩套“N＋1”型并機系統(tǒng)的電源連接到這種“雙電源輸入設備”的兩個輸入端上。對于采用“單電源輸入供電”方式的關鍵負載，則是將分別來自兩套“N＋1”型并機系統(tǒng)的電源首先連接到“負載自動切換開關”(常見的是STS型的靜態(tài)開關和SS型的快速切換開關)的兩個輸入端上，然后再將用戶的關鍵設備連接到“負載自動切換開關”的輸出端上。兩種典型的雙總線輸入，雙總線輸出UPS冗余供電系統(tǒng)示于圖1和圖2中。

2選配具有高抗干擾性和優(yōu)良EMC特性的

UPS冗余供電系統(tǒng)

采用該供電系統(tǒng)是為信息網(wǎng)絡獲得100％的高“可利用率”(IDC和MDC機房中的信息網(wǎng)絡設備的“數(shù)據(jù)吞吐量”和“數(shù)據(jù)傳輸速率”均能達到這些設備的標稱工作值)而創(chuàng)造優(yōu)良的電源運行環(huán)境。大量的運行實踐表明，UPS產(chǎn)品本身的電磁兼容(EMC)特性是否優(yōu)良，UPS供電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種“干擾”能否被盡可能地減少，是決定互聯(lián)網(wǎng)設備的“誤碼率”是否被降低和網(wǎng)絡的“實際數(shù)據(jù)傳輸速率”是否能被提高的重要原因之一。如果上述問題處理不當，會造成本來可以高速運行的互聯(lián)網(wǎng)絡總是處于低速，小數(shù)據(jù)吞吐量的“降額使用”狀態(tài)(它意味著互聯(lián)網(wǎng)的實際“可利用率”極低)，從而造成信息資源的巨大浪費。為說明這個問題，請見表2。

從表2可知,如果因供電系統(tǒng)的抗干擾性能不好,從而迫使互聯(lián)網(wǎng)設備進入低速的“降額使用”狀態(tài)的話，它不僅會使得大量的網(wǎng)絡用戶因“工作效率”下降而帶來巨大的“隱形經(jīng)濟損失”。而且，還會導致“電信和網(wǎng)絡運營商”的利潤大幅度下降。

可舉例說明電源“干擾”對互聯(lián)網(wǎng)的“誤碼率”和“數(shù)據(jù)傳送速度”可能帶來的影響。例如，某用戶因過

CIRRUSLOGIC設計中心在深圳成立

CirrusLogic公司（納斯達克上市代號：CRUS）在深圳成立了一個新的電子設計及應用中心，擴大了其在音頻/視頻系統(tǒng)、個人錄像機，特別是中國迅速增長的DVD市場等數(shù)字娛樂電子領域的全球領導地位。

該設計中心將為CirrusLogic在中國的大量消費電子客戶提供支持，加強對該地區(qū)某些關鍵時頻客戶的支持，并將Cirrus業(yè)務擴大到全球增長最快的中國電子市場。

份地考慮價格問題而選用某種型號的UPS。在其局域網(wǎng)的運行過程中，偶然發(fā)現(xiàn)，如果將UPS的逆變器關機,讓UPS進入由市電經(jīng)交流旁路通道供電的狀態(tài)時，則局域網(wǎng)的“數(shù)據(jù)包的傳送速率”反而比用UPS逆變器供電時的“數(shù)據(jù)包傳送率”還高的“反常”現(xiàn)象。造成這種“反常”現(xiàn)象的原因是，在這種UPS的輸出中存在有嚴重的“調(diào)制干擾”的緣故。因此，在當今的互聯(lián)網(wǎng)時代，考察一臺UPS質量的高低時，不能只局限于它是否能確保不間斷地向用戶提供逆變器電源。這是因為，即使我們在選用這種型號的UPS產(chǎn)品時，表面上看起來，無論是UPS本身，還是互聯(lián)網(wǎng)設備似乎都在“正常地”運行著，它們并沒有造成互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)任何“停機”故障，然而，由于此時的互聯(lián)網(wǎng)設備是處于“低數(shù)據(jù)傳送速率”和“小數(shù)據(jù)吞吐量”的“低效運行”狀態(tài)，也就是說，在此條件下，不能充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)設備的技術潛力，其惡果是造成互聯(lián)網(wǎng)的實際“可利用率”的急劇下降。

3選配同IDC的集中監(jiān)控系統(tǒng)“兼容性”

好的UPS冗余供電系統(tǒng)

為了滿足信息網(wǎng)絡對IDC和MDC機房實現(xiàn)無人或少人值守管理和遠程集中監(jiān)控的需求，從而提高對UPS供電系統(tǒng)的“可管理性”，對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心來說，除本身應配置對它的所有IT設備進行實時監(jiān)控的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)之外，還應建立一套對“非IT設備”的集中監(jiān)控體系，以便對諸如空調(diào)機、配電柜、電池組、發(fā)電機組、漏水警報、安全系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等設備的運行情況進行實時的監(jiān)控和分析。為此，要求所選用的UPS冗余供電系統(tǒng)應配置有如下通信接口：

1）在UPS上配置RS232/RS485接口，Modem或SNMP適配器；

2）用于顯示UPS的工作狀態(tài)/報警信息的“繼電器干接點”型的輸出通信接口；

3）“用戶自定義”輸入信號(門禁、煙霧、溫度、濕度等報警信號)的“繼電器干接點”型的輸入通信接口；

4）對各種“非IT設備”配置必要的數(shù)據(jù)采集器；

5）配置相應的集中監(jiān)控和管理軟件包或通信協(xié)議。

利用上述的輸入/輸出通信接口和相應的電源管理軟件或用戶現(xiàn)有的網(wǎng)管集中監(jiān)控系統(tǒng),就可以組成所謂的智能化IDC和MDC機房的集中監(jiān)控系統(tǒng)。在這樣的網(wǎng)管系統(tǒng)中，可實現(xiàn)的主要調(diào)控功能有：

1）調(diào)閱在UPS的LED/LCD顯示屏上所能觀察到的UPS的實時運行參數(shù)(例如：輸入/輸出電壓、電流、頻率、有功功率/視在功率、功率因數(shù)及電池組的充放電電壓/電流等參數(shù))；

2）“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”所用的各種“機房環(huán)境調(diào)控設備”的“運行大事記”(自各種設備開機以來，按時序排列的，曾出現(xiàn)過的故障/報警/用戶所執(zhí)行過的操作等信息)；

3）萬一發(fā)生故障時，執(zhí)行網(wǎng)絡廣播報警(彈出報警窗口)，電話或手機的自動撥號、自動傳呼或發(fā)E－Mail等操作，以便通知值班人員及時到現(xiàn)場排除故障或維修；

4）對UPS的備用電池組執(zhí)行可編程的電池容量“自測試”操作，如果發(fā)現(xiàn)電池的“實有容量（Ah）"偏低時，還應自動發(fā)出“電池需要更換”的預報警信號；

5）將“用戶的自定義”報警信號(例如：溫度/濕度、門禁、消防等報警信號)經(jīng)UPS的輸入通信接口被納入IDC機房或智能化樓宇的統(tǒng)一的集中監(jiān)控系統(tǒng)；

6）由IDC和MDC的主管當局所指定的人員，根據(jù)不同的授權權限，分級“重新調(diào)整”/設置各種相應設備的運行參數(shù)或執(zhí)行遠程的故障分析/診斷操作。