數(shù)據(jù)中心的UPS系統(tǒng)配置

楊 峻 / 都治強(qiáng)

1. 國際商用機(jī)器（中國）有限公司, 北京 100101；

2. 中國建筑設(shè)計(jì)研究院, 北京 100044

1 引言

對于數(shù)據(jù)中心來說，保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可靠和穩(wěn)定，IT設(shè)備的不間斷供電和連續(xù)制冷將是所有人關(guān)心的問題。如何在保證可靠性的前提條件下更有效地提升UPS系統(tǒng)效率、節(jié)省損耗，不同UPS系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在根本上影響了系統(tǒng)效率。比較傳統(tǒng)的UPS 配置方案有N，N+1，2N，DR，RR，2（N+1）等系統(tǒng)，對于N，N+1系統(tǒng)相對簡單，而2（N+1）系統(tǒng)基本上是2N系統(tǒng)的延續(xù)，本文不再贅述，僅針對Tier Ⅲ、TierⅣ級機(jī)房的UPS配電系統(tǒng)做深入的探討。

2 Tier級別的劃分

表1為Uptime Institute “Data Center Site Infrastr-ucture Tier Standard-2010”的相關(guān)要求摘要。

● 一級（Tier I）：單路徑的電源和散熱分配，無冗余組件，99.671%的可用性。

● 二級（Tier II）：單路徑的電源和散熱分配，冗余組件，99.741%的可用性。

● 三級（Tier III）：多個(gè)電源和散熱分配路徑，只有單路工作，冗余組件，可同時(shí)維護(hù)，99.982%的可用性。

● 四級（Tier IV）：多個(gè)工作狀態(tài)電源和散熱分配路徑，組件冗余，容錯(cuò)，99.995%的可用性。

再來看一下各種系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)可用性：

由表2中可以得到結(jié)論，2N 、DR、RR系統(tǒng)均能滿足TierⅣ級別穩(wěn)態(tài)可用性的要求。其他配置ASTS的系統(tǒng)可以看作是以上三種系統(tǒng)的擴(kuò)展，本文在此不多加討論。

表1 Tier級別的劃分

表2 各種系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)可用性

3 系統(tǒng)描述

3.12N系統(tǒng)

N按照GB50174的定義指的是基本需求，2N系統(tǒng)簡單來說就是配置兩組每組均能滿足負(fù)載基本需求容量的UPS系統(tǒng)。正常運(yùn)行時(shí)每組UPS帶載50%以下，當(dāng)一組故障時(shí)，另一組帶全部負(fù)載。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，為大多數(shù)人理解并成功運(yùn)行，運(yùn)維管理方便，對于運(yùn)行操作人員要求較低。

缺點(diǎn)：UPS配置容量大，投資成本高，UPS經(jīng)常運(yùn)行在30%～40%的低負(fù)載狀態(tài)下，這時(shí)的UPS效率偏低（可參見下圖），UPS損耗大，相應(yīng)為UPS制冷的空調(diào)耗能也將增加。

圖12N系統(tǒng)配置簡圖

圖2 UPS效率曲線圖

3.2 DR系統(tǒng)

DR系統(tǒng)的全稱為（Distribution Redundancy），顧名思義可稱為分配式冗余。簡單來說就是按照負(fù)載容量配置三組或以上的UPS系統(tǒng)，當(dāng)一組故障時(shí)，由其余組UPS帶全部負(fù)載。

以三組UPS為例，將負(fù)載均勻的分成三部分，每部分負(fù)載或由1、2組，或由1、3組，或由2、3組UPS 供電，正常運(yùn)行時(shí)每組UPS帶載66.7%以下，當(dāng)一組故障時(shí)，另兩組帶全部負(fù)載。

優(yōu)點(diǎn)：由于負(fù)載率較高，UPS損耗較小；另外UPS相對容量的減少帶來投資成本的降低。

缺點(diǎn)：由于強(qiáng)調(diào)分配的冗余，對于負(fù)荷來說最好每部分的容量要求分配相對均衡，尤其對于投入運(yùn)行后，每次增加負(fù)載都要求針對實(shí)際負(fù)載平衡增加，UPS分配的組數(shù)越多難度成幾何級數(shù)增加。

3.3 RR系統(tǒng)

RR系統(tǒng)的全稱為（Block Reserve Redundancy），也可稱為模塊式冗余。簡單來說就是每組負(fù)載由單獨(dú)的UPS系統(tǒng)供給，另外設(shè)置一組UPS系統(tǒng)來給所有的帶載UPS系統(tǒng)作為冗余備份。每組UPS均能滿足負(fù)載的基本需求。

對于TierⅣ級別的配電系統(tǒng)要求是在任何故障下，仍能保留一組滿足負(fù)載基本需求的系統(tǒng)，這樣在任何一組UPS的故障狀態(tài)下，由后備的UPS來繼續(xù)支持負(fù)載的運(yùn)行，當(dāng)然我們所要考慮的只是容許一次錯(cuò)誤。

另外在RR系統(tǒng)中應(yīng)該特別注意的一點(diǎn)就是STS的使用，在主用UPS故障轉(zhuǎn)用后備UPS供電時(shí)，為保證數(shù)據(jù)不丟失，應(yīng)采用STS切換。

RR系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，用一組給多組作為冗余備份，如果備份的組數(shù)太多將造成系統(tǒng)可靠性的降低，另考慮投資成本的合理性，建議采用一組給3～4組作為備份比較合適。

優(yōu)點(diǎn)：由于負(fù)載率很高，UPS損耗較小；另外UPS相對容量的減少帶來投資成本的降低。

缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)維操作要求非常高；STS的應(yīng)用使得投資成本增加，應(yīng)和減少的UPS成本進(jìn)行比較，綜合考慮。

圖4 RR系統(tǒng)配置簡圖

4 結(jié)論

在數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)使用方的需求，綜合考慮建筑場地、投資成本、運(yùn)維操作人員的技術(shù)水平等方面因素，靈活的采用系統(tǒng)構(gòu)架，在保證可靠性的前提下，節(jié)約投資成本，降低系統(tǒng)損耗，打造綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心。

[1] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部. GB50174-2008電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京:人民出版社, 2009.

[2] UPTIME INSTITUTE, LLC. Data Center SiteInfrastructure Tier Standard: Topology [S].

[3] TIA/EIA-942 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers [S].