引言：
隨著時代的進步，人們對數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)變化總的趨勢是：安全可靠仍是最重要的，擴容方便、配置靈活的中小型系統(tǒng)將逐步取代一步到位的復雜的大系統(tǒng)，環(huán)保高效的高頻UPS將逐步取代笨重龐大的工頻UPS，人性化的軟件監(jiān)控系、對廠商的服務要求越來越高。
國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心概況
這里講的企業(yè)級數(shù)據(jù)中心是指各企業(yè)或者政府單位根據(jù)自身業(yè)務需要而建造的自用機房，它跟以提供服務器托管為主的IDC(Internet Data Center互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)機房相比主要區(qū)別在于系統(tǒng)容量偏小﹑不對外公開，但其主要職能仍不外乎存儲﹑計算﹑應用等方面。目前數(shù)據(jù)中心作為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運營中越來越被重視，國內(nèi)很多大型企業(yè)、政府部門都在不斷地投入這方面的建設?？傮w看來，我國的數(shù)據(jù)中心目前具有以下幾個特征：
1.剛剛起步，但增長速度迅猛。
國內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設最早的是政府部門，這一波主要集中在1999、2000年;在2002、2003年的時候呈現(xiàn)第二波，主要集中在金融和電信企業(yè);2006年以后，主要集中在地方政府和國內(nèi)傳統(tǒng)的大型企業(yè)。這些企業(yè)單位雖然已規(guī)劃建設了數(shù)據(jù)中心，但已完全建成的所占比例很小，大部分仍處在建設過程中，有的處于存儲中心階段，有的處在計算中心階段。此外，電子商務和電子政務的發(fā)展也將促使更多的數(shù)據(jù)中心被建設?？傊?，國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心還處在發(fā)展初期，據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，2006年以來，國內(nèi)每年用于建設數(shù)據(jù)中心的投資已達到百億元以上，并且未來每年投入的增長率還將在20%以上。
2.系統(tǒng)利用率低。
由于對容量的估算不準或者初期的負載量很小，數(shù)據(jù)中心的設計容量跟實際容量不符。據(jù)調(diào)查顯示，有70%以上的用戶實際負載量不足設計容量的50%，造成了能源和設備的很大浪費。
3.基礎設施不夠匹配，整個系統(tǒng)的可用度不高。
在系統(tǒng)可用度方面，金融﹑電信和政府部門做得相對比較好，能達到99.99%或者99.999%以上，其它的企業(yè)宕機時間就會長一些。這主要是因為在設計整個系統(tǒng)時，只加強了個別環(huán)節(jié)的可靠冗余，忽視了一些單點故障點的存在。當某個數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)可用度在99.9%時，其年度宕機時間將達到9個小時。
4.維護和管理能力有待加強。
由于國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心發(fā)展還處在初期階段，有能力﹑有經(jīng)驗的維護人員還比較缺少。管理人員缺乏對系統(tǒng)全面﹑科學的管理，對災難備份重視不夠，導致大部分的系統(tǒng)故障都是人為原因造成的。
企業(yè)級數(shù)據(jù)中心對UPS電源系統(tǒng)的一般要求
基于服務器自身工作的特點及其重要性，數(shù)據(jù)中心對電源的要求特別高，一般要用冗余的純在線式UPS系統(tǒng)才能滿足要求。高可用度是對整個UPS電源系統(tǒng)的第一要求，但并不是唯一要求，隨著數(shù)據(jù)中心建設的發(fā)展，人們對UPS電源系統(tǒng)的要求也更加全面和合理。從整體角度用發(fā)展的眼光來看，企業(yè)級數(shù)據(jù)中心對UPS電源系統(tǒng)的要求有以下幾個方面：
1.安全可靠，一般要求UPS電源系統(tǒng)的可用度A≥99.999%?！? 個 9”相當于每年有5 分鐘的宕機時間。這個指標是非常高的，首先，可用度是在系統(tǒng)運行壽命期內(nèi)的連續(xù)測量值，它是用總的正常運行時間除以總的運行時間得出的。A=MTBF/(MTBF+MTTR)， 1 小時的斷電時間會使該電源系統(tǒng)的可用度在 12 年內(nèi)達不到 5 個 9 的目標。其次，在公式中還要考慮系統(tǒng)重新啟動和恢復的時間。一次 3秒鐘的斷電可能會使服務器宕機 30分鐘，不考慮這些影響因素所計算出的可用度結(jié)果意義不大。再者，這個可用度指的是整個UPS供電系統(tǒng)，不是UPS本身。有些企業(yè)的數(shù)據(jù)中心，UPS的容錯能力很強，可用度很高，但是跟它相連的各級斷路器、變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等環(huán)節(jié)存在多個單點故障點，這種設計就出現(xiàn)了可用度“瓶頸”，可用度不高的環(huán)節(jié)始終會妨礙整個電源系統(tǒng)達到最優(yōu)的可用度。據(jù)統(tǒng)計顯示，全國數(shù)據(jù)中心的UPS供電系統(tǒng)，有超過70%的故障跟UPS本身無關(guān)，而是跟配電系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)或其它設備的質(zhì)量、安裝、操作、維護等問題有關(guān)，或者由于這些問題導致了UPS誤動作或者故障?？梢?，UPS設備僅僅是涉及整個供電系統(tǒng)可用度問題的因素之一，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的可靠均衡對于獲得整個UPS電源系統(tǒng)的最佳可用度來說是至關(guān)重要的。
2.可提供雙路電源，以滿足雙電源服務器的需求。目前市場上的服務器一般都要求雙電源輸入，任何一路電源出錯都不影響服務器的正常工作，從而使服務器對電源問題的容錯能力大幅提升。
電源系統(tǒng)可陸續(xù)擴容，并且擴容過程中不能影響負載的正常運行，以滿足服務器不斷擴容和不可中斷的需求。這樣既能有效節(jié)省系統(tǒng)建設初期的投資費用，又能使UPS在整個數(shù)據(jù)中心的建設過程中始終保持在安全而又高效的工作狀態(tài)下，提高了系統(tǒng)性價比。
4.系統(tǒng)零地電壓要低，一般不高于1V，以確保服務器數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，免受干擾。系統(tǒng)中零地電壓過高的原因有：電網(wǎng)進線本身的零地電壓就偏高，系統(tǒng)接地系統(tǒng)不符合標準，或者系統(tǒng)中諧波電流大﹑地線長﹑線徑小等。UPS本身并不會降低零地電壓，降低零地電壓要通過改善配電系統(tǒng)來實現(xiàn)。
5.綠色環(huán)保，節(jié)能降耗，順應時代潮流。在能源緊缺﹑重視環(huán)保的今天，綠色﹑節(jié)能的電源系統(tǒng)備受關(guān)注，有的企業(yè)已將節(jié)能做了量化規(guī)定，作為企業(yè)每年必須完成的硬性指標去執(zhí)行。UPS在綠色﹑節(jié)能方面的表現(xiàn)主要體現(xiàn)在輸入功率因數(shù)﹑輸入電流諧波以及整機效率等方面。表現(xiàn)好的UPS可以減少設備對電網(wǎng)或者油機的干擾，也可以節(jié)省電費，降低運營成本。
供電系統(tǒng)應維護方便，便于管理。這樣不但可以節(jié)省系統(tǒng)的維護成本，更為重要的是可以盡量避免因人為維護或者管理不當而引發(fā)的系統(tǒng)故障。
為了滿足上述要求，必須選用合適的UPS產(chǎn)品，制定合理的UPS供電方案。下面以臺達C系列UPS為例加以介紹。
臺達C系列UPS在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的應用
臺達C系列UPS是一款基于DSP控制技術(shù)的模塊化UPS，每個模塊容量為20KVA。該機體積小、重量輕，輸入電壓范圍寬，過載能力強，同時具有高輸入功率因數(shù)(>0.99)，低輸入電流諧波(<3%)，高整機效率(>94%)等特性，并且這些特性在30%左右的負載時就能達到，是一款名副其實的綠色環(huán)保型UPS。
臺達C系列UPS可并可串，能夠?qū)崿F(xiàn)多種電源組合方案，這里介紹一種臺達C系列UPS在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的應用方案。
該方案的系統(tǒng)示意圖如下：
該方案采用一路市電，一路油機通過ATS轉(zhuǎn)換后給UPS供電。兩臺UPS的主輸入和旁路輸入都分別由輸入配電柜內(nèi)的不同開關(guān)引入。主機采用臺達C系列模塊化UPS，可根據(jù)負載需要陸續(xù)擴容，始終保持各機單獨帶載時模塊還是N+1冗余的。每臺UPS至少配置兩組蓄電池，每組蓄電池都有自己的開關(guān)。UPS輸出側(cè)可根據(jù)零地電壓的高低決定是否增加隔離變壓器，如須增加隔離變壓器，則該變壓器采用H級絕緣等級的，并且配上旁路開關(guān)。兩臺UPS的輸出分別接到兩個配電箱內(nèi)，雙電源設備直接從兩個配電箱內(nèi)取電;單電源設備分別從UPS1或者UPS2的輸出配電箱內(nèi)取電，實現(xiàn)正常情況下兩臺UPS的負載均分，單電源設備上游的配線和空開也采用冗余配置。
下面根據(jù)數(shù)據(jù)中心對UPS電源系統(tǒng)的幾項要求談談該方案的合理性：
一.系統(tǒng)簡單實用、安全可靠
1. 按照安全級別要求，數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)應當有雙路電源輸入，但是并不是每個企業(yè)單位都具備這個條件，就算向電力局申請到了雙電源，也需要花費巨資架線、安裝變壓器等，并且還不能保證兩路交流電的總源頭不是一個，就算總源頭不是一個，也不能保證這兩路市電不會同時斷開。也就是說花費了人力﹑財力，最終還不一定能達到目的，所以不如自己備一臺油機，平時不用，一旦市電停了再去開啟都來得及，因為UPS還有電池在放電。由于兩臺UPS的輸入始終是同一路電，彼此間不需要安裝任何裝置就能保證它們的相位一致，這樣有三方面的好處:一是有效節(jié)省購買系統(tǒng)同步追蹤器(LBS)的投資;二是排除系統(tǒng)同步追蹤器(LBS)的單點故障點;三是兩臺UPS是彼此獨立的，沒有相互關(guān)聯(lián)，任何一臺故障都不會影響到另外一臺，從而提高了系統(tǒng)的可用度.
2.每臺UPS的主輸入和旁路輸入都有其獨立的開關(guān)，萬一主回路有問題使開關(guān)跳脫了，UPS還可以轉(zhuǎn)電池，電池有問題還可以轉(zhuǎn)旁路，不會造成UPS的輸出端停電。
3.臺達C系列UPS單機系統(tǒng)的可用度A≥99.9998%，已能滿足大型數(shù)據(jù)機房的要求，兩臺機器組成雙母線后，彼此沒有任何控制關(guān)聯(lián)，各自的可用度不受影響，而由這兩臺UPS組成的冗余式雙電源系統(tǒng)的可用度將呈數(shù)量級的增長。
4.每臺UPS至少配兩組電池，每組電池都有各自的開關(guān)，這樣任何一組電池壞了都可以實現(xiàn)在線更換，并且不會造成系統(tǒng)宕機，因為UPS都還有另外的一組電池可用。
5.更為重要的是，臺達C系列UPS是模塊化UPS，跟傳統(tǒng)的大型工頻UPS相比，其維修要方便快捷的多，平均維修時間MTTR不到傳統(tǒng)工頻UPS的五分之一。由于UPS電源系統(tǒng)的可用度 A=MTBF/(MTBF+MTTR)，所以MTTR是影響電源系統(tǒng)可用度的一個很關(guān)鍵因素。事實證明，通過提高平均無故障時間MTBF來提高系統(tǒng)可用度A是非常困難的，而通過縮短平均維修時間MTTR來提高系統(tǒng)可用度A，其效果則是非常明顯的，并且在一定程度上也是可控的。
二.提供雙路電源輸出，滿足各服務器需求
該方案中，UPS系統(tǒng)的輸出電源為雙路，分別接到兩個配電箱內(nèi)，雙電源設備直接從兩個配電箱內(nèi)取電;單電源設備分別從UPS1或者UPS2的輸出配電箱內(nèi)取電，實現(xiàn)正常情況下兩臺UPS的負載均分。目前市場上的服務器多數(shù)都是雙電源的，單電源的已很少，數(shù)據(jù)中心用的單電源服務器多數(shù)應是以前留下來的。這里不主張在單電源服務器前邊加裝STS，因為單臺模塊化UPS已經(jīng)具備了N+X冗余功能，可用度A達到了99.9998%以上，已能滿足數(shù)據(jù)機房對電源的要求，加裝STS后就等于增加了一個單點故障點，它的故障將給數(shù)據(jù)中心帶來災難，國內(nèi)已不乏這樣的案例。對于雙電源服務器，其上游的配線和空開已經(jīng)做到了冗余備份，對于單電源服務器，這里對其上游的配線和空開也進行冗余配置，這對實現(xiàn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的可靠均衡，獲得整個系統(tǒng)的最佳可用度來說是非常重要的。此外，對于國標要求的“電源設備應靠近主機房設備”﹑“電源應采用地下電纜進線”﹑“配電線路宜采用銅芯屏蔽導線或銅芯屏蔽電纜”等內(nèi)容，本方案也都符合。
三.可陸續(xù)擴容﹑節(jié)省系統(tǒng)首次投資
UPS電源系統(tǒng)可陸續(xù)擴容，這是模塊化UPS的一大優(yōu)勢。在企業(yè)數(shù)據(jù)中心建造之初，由于負載很輕，可以少放幾個模塊。例如負載容量為40KVA，每臺UPS可以放三個模塊，形成由兩臺60KVA UPS組成的雙母線系統(tǒng)，同時每臺UPS又是并聯(lián)冗余的模塊系統(tǒng)。正常運行時，每個模塊的帶載量約為33%，每臺UPS中的任意兩個模塊故障都不會對負載產(chǎn)生影響;整個系統(tǒng)的6個模塊中，任意4個模塊同時故障都不會對雙電源負載產(chǎn)生影響。當負載容量需要由現(xiàn)在的40KVA擴充為60KVA時，可以給每臺UPS增加1個模塊，形成由兩臺80KVA UPS組成的雙母線系統(tǒng)。正常運行時，每個模塊的帶載量約為37.5%，可允許每臺UPS中的任何兩個模塊故障，就算其中一臺UPS完全故障了，所有雙電源負載及部分單電源負載都不會受到影響，另一臺UPS至少還有1個模塊是冗余的。隨著負載量的增加，各UPS模塊在正常運行時所帶的負載量會越來越接近于50%。
臺達C系列UPS的這種配置方案，可以不預留過多的裕量，當負載功率增加時再陸續(xù)擴容，這樣可以將一次巨額投資化解為陸續(xù)投資，并且使UPS系統(tǒng)一直維持在一個相對較高的負載百分比下。臺達C系列UPS在負載量達到30%時，整機效率就可達到94%以上，單個模塊的效率達到95%以上，極大地節(jié)省了電能。
傳統(tǒng)的大型工頻UPS體積龐大，擴容時相應的空開﹑電纜﹑電池﹑空間等都要相匹配，很難實現(xiàn)在線擴容。所以在開始設計和建造數(shù)據(jù)中心時，往往就對以后幾年的負載量進行了預估，將UPS設備一步到位。這樣一開始就要投入一筆巨額資金，并且在數(shù)據(jù)中心運行初期，各UPS的負載量可能還不到其額定容量的10%，相應的設備效率也不會超過50%，造成資源的極大浪費。
數(shù)據(jù)中心的實際需要容量跟不同UPS系統(tǒng)可用的安裝配置容量的關(guān)系可用下圖來表示：
四.依據(jù)需要改善系統(tǒng)零地電壓
有些服務器廠家對電源的零地電壓要求比較高，必須小于1V才肯開機，當UPS輸出端的零地電壓較高時，往往寄希望于UPS供電系統(tǒng)進行改善，雖然不是UPS自身問題造成的。在本方案中，根據(jù)需要可在每臺UPS的輸出端加裝一臺H絕緣等級的隔離變壓器，并在其次級將零地短接，確保零地電壓小于1V，保證各服務器的穩(wěn)定運行。H等級是變壓器的最高絕緣級別，在攝氏120度溫度下變壓器還可以正常運行。該變壓器的可靠性是非常高的，為了以防萬一，本方案在每臺變壓器的旁邊又增加了維護旁路。
五.綠色環(huán)保、節(jié)能降耗
臺達C系列UPS是一款典型的綠色環(huán)保型UPS。體積小、重量輕，可以大大節(jié)省寶貴的機房空間;效率高，可以有效節(jié)省自身耗電，同時也減小了對機房空調(diào)容量的要求;諧波小，可以減少設備對電網(wǎng)的干擾，使掛在電網(wǎng)上的其它設備免受影響，當UPS跟油機配合使用時，還可以大大降低對油機容量的要求。傳統(tǒng)的6脈沖整流UPS，要求油機容量為UPS容量的2.5~3倍;12脈沖整流的UPS，要求油機容量為UPS容量的1.5~2倍;采用臺達C系列UPS，要求油機容量僅為UPS容量的1.1~1.3倍。
同時，該方案還使UPS的設備利用率提高，在保證系統(tǒng)安全可靠的前提下，有效地減少了多余容量。
六.智能化監(jiān)控、人性化管理
臺達C系列UPS具有專業(yè)、全面的電池組管理功能。機體標配RS232、8組可規(guī)劃的智能化輸入輸出干結(jié)點、兩組獨立的智能插槽等接口，可以選配SNMP/ MODBUS/ RELAY/ USB…等適配卡，通過電話網(wǎng)絡或者數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)對UPS的遠端監(jiān)控。臺達UPS具有功能強大的人性化軟件操作平臺，客戶可通過該軟件實現(xiàn)對臺達所有UPS機型的集中監(jiān)控，也可以通過通信協(xié)議將臺達UPS并入既有的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對它們的監(jiān)管。此外，大型的LCD人機界面可以全中文顯示UPS的各種運行狀態(tài)，多達500項的事件紀錄、近遠端緊急關(guān)機鍵等功能為UPS的故障判斷及緊急情況的處理提供了方便。
臺達工程技術(shù)人員負責對每個數(shù)據(jù)中心的電源維護人員提供系統(tǒng)﹑詳細的培訓，包括系統(tǒng)工作原理﹑操作程序﹑維護保養(yǎng)注意事項﹑緊急情況處理等內(nèi)容。操作及管理人員的技術(shù)熟練程度可以在很大程度上幫助提高系統(tǒng)的可用度。臺達的專業(yè)工程師還可以提供定期巡檢，協(xié)助及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的一些潛在威脅，防患于未然。
服務的重要性
數(shù)據(jù)中心對電源系統(tǒng)的要求非常高，為了提高該系統(tǒng)的可用度，人們設計出了各式各樣的方案，然而，再可靠的方案，再好的設備總會有故障的時候，能夠為數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)提供安全保障的最終王牌還是廠商的服務。
中達電通早就認識到了這一點，一直把服務同銷售放到了同等重要的地位，以“提供品質(zhì)卓越的不間斷電源產(chǎn)品和令客戶百分之百滿意的服務”為宗旨，在銷售臺達UPS的同時，也把周到快捷的售前、售中、售后服務送到了客戶身邊。
多年來，中達電通的服務已形成一個龐大、完善的體系?？蛻魺峋€7*24小時開通;CS系統(tǒng)對每臺UPS的安裝地點、安裝日期、維修及巡檢紀錄都有明確的記錄;對服務工程師采取嚴格的培訓和認證;兩百多名專業(yè)的工程師分布在全國34個分支機構(gòu)和服務網(wǎng)點;每個服務網(wǎng)點都有充足的備品備件;對銷售的產(chǎn)品采取保內(nèi)免費、終生服務的政策;緊急情況下還可開啟迅速、快捷的綠色服務通道。總之，臺達的服務會令所有用戶高枕無憂。
總結(jié)
隨著時代的進步，人們對數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的要求不斷發(fā)生變化。總的趨勢是：安全可靠仍是最重要的，擴容方便、配置靈活的中小型系統(tǒng)將逐步取代一步到位的復雜的大系統(tǒng)，環(huán)保高效的高頻UPS將逐步取代笨重龐大的工頻UPS，人性化的軟件監(jiān)控系統(tǒng)越來越被歡迎，對廠商的服務要求越來越高。本文介紹的模塊化UPS在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的應用案例，滿足了數(shù)據(jù)中心對UPS系統(tǒng)的各項具體要求，同時也有效避開了國內(nèi)數(shù)據(jù)中心目前所存在的幾個問題。
（轉(zhuǎn)載）
