數(shù)據(jù)中心機房用IT設(shè)備對UPS供電系統(tǒng)的技術(shù)要求

徐鵬飛

（維諦技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

現(xiàn)在我國大多數(shù)據(jù)機房使用的IT設(shè)備，如光端機、磁盤陣列機、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、交換機以及服務(wù)器等，都通過帶有輸入功率因數(shù)校正功能的開關(guān)電源作為其存儲芯片的直流輔助電源。特別是IT設(shè)備制造商，為使IT設(shè)備的運算能力進一步提升，不斷研發(fā)功率密度越來越大、體積越來越小的IT設(shè)備。

1 IT設(shè)備的三種供電模式

IT設(shè)備主要通過三種方式接受供電，分別是直流供電模式、交流UPS供電模式以及交直流供電模式[1]。第一，直流供電模式。這種供電模式主要通過240 V的高壓直流設(shè)備為IT設(shè)備供電。第二，交流UPS供電模式。這種供電模式通過交流UPS為IT設(shè)備供電。第三，交直流供電模式。因為IT設(shè)備通常是雙電源，所以交直流供電模式的一路電源為市電交流直供，另一路電源是高壓直流系統(tǒng)供電，即直接為IT設(shè)備供電，未經(jīng)過高壓直流系統(tǒng)市電或者是任何UPS[2]。

2 IT設(shè)備對UPS輸出電源有很強的適應(yīng)能力

目前，IT設(shè)備輸入電源的設(shè)計方案通常都是開關(guān)電源。這種設(shè)計的好處是對輸入電源有很強的適應(yīng)能力，能擴大輸入電源的電壓和頻率波動范圍，最高電壓承受限度為380 V，輸入頻率最高為55 Hz。只要在設(shè)計時使用正規(guī)UPS制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品，即可有效滿足各種IT設(shè)備對輸入電源的技術(shù)要求。有實踐研究資料顯示，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機房在應(yīng)用UPS供電系統(tǒng)的IT設(shè)備中，實際監(jiān)測UPS輸入和輸出電壓失真度僅在2.5%左右[3]，使用的UPS設(shè)備輸出電壓和頻率的波動范圍完全處于IT設(shè)備允許范圍內(nèi)，且UPS供電系統(tǒng)的輸出電壓和頻率波動不會影響數(shù)據(jù)中心機房的正常運行。因此，在設(shè)計和建設(shè)數(shù)據(jù)中心機房時，不需要考慮UPS電源的某項電壓和頻率指標(biāo)能否滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范。建議設(shè)計人員將視線轉(zhuǎn)移到UPS電源的效率、抗輸出過載、輸出功率因數(shù)以及輸入功率因數(shù)等方面[4]。

3 IT設(shè)備不能允許出現(xiàn)超過8～20 ms的瞬間供電中斷故障隱患

目前，我國使用的工控設(shè)備和IT設(shè)備，在正常工作中允許輸入電源出現(xiàn)瞬間供電閃斷或者中斷的時間范圍為10～20 ms。根據(jù)相關(guān)研究檢測資料，有些新型IT設(shè)備允許輸入電源出現(xiàn)瞬間供電閃斷或者中斷的時間僅為8 ms，而現(xiàn)在各種商業(yè)經(jīng)營活動和生產(chǎn)操作活動都極大地依賴信息資源，一旦出現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓事故，勢必造成極大的經(jīng)濟損失，危害巨大[5]。

綜上所述，由于UPS供電系統(tǒng)承擔(dān)向關(guān)鍵信息網(wǎng)絡(luò)機房供電的重要任務(wù)，設(shè)計過程中需著重避免出現(xiàn)超過8～20 ms的瞬間供電中斷故障，以保證信息網(wǎng)絡(luò)機房安全運行。這充分體現(xiàn)了UPS供電系統(tǒng)維護水平的優(yōu)劣和技術(shù)指標(biāo)。為更好地避免UPS供電系統(tǒng)發(fā)生閃斷或者停電故障，有如下兩種供電方案：第一，如果數(shù)據(jù)中心機房使用的是“單電源輸入”IT設(shè)備，可采用串聯(lián)熱備份式UPS冗余供電系統(tǒng)，其利用率可提升到接近100%；第二，如果數(shù)據(jù)中心機房使用的是“雙電源輸入”IT設(shè)備，可采用2臺UPS單機組成的UPS“雙總線輸出”供電系統(tǒng)[6]，以最大限度發(fā)揮這類設(shè)備的供電優(yōu)勢，有效滿足IT設(shè)備不間斷供電的需求，保證其正常運行的連續(xù)性。

4 更多網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和IT設(shè)備的設(shè)計方案使用“雙電源輸入”

4.1 保證信息網(wǎng)絡(luò)機房正常工作的前提條件

為保證信息網(wǎng)絡(luò)機房穩(wěn)定、可靠、正常以及安全工作，需滿足兩個前提：第一，使用的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和IT設(shè)備要最大限度提升可靠性，因為有65%的故障是其內(nèi)部的開關(guān)電源故障導(dǎo)致的；第二，在網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和IT設(shè)備的輸入供電通道中，應(yīng)最大限度消除單點瓶頸故障隱患，有效避免輸入電源出現(xiàn)停電或者閃斷故障[7]。

4.2 可供選用的“雙電源輸入”IT設(shè)備

我國市場最常見的IT設(shè)備主要有兩種：一種是負(fù)載均流型的“雙電源輸入”IT設(shè)備，另一種是非均流型的“雙電源輸入”IT設(shè)備。其中，負(fù)載均流型的“雙電源輸入”IT設(shè)備在實際工作中一旦出現(xiàn)其中一套直流電源供電模塊的交流輸入電源故障，將導(dǎo)致出現(xiàn)停電或者閃斷故障。此時，本來被分擔(dān)的工作會轉(zhuǎn)入到另一套直流電源供電模塊，從而有效承擔(dān)全部負(fù)載電流，保證IT設(shè)備正常工作，且有效保證服務(wù)器獲得足夠的風(fēng)冷能力。因為這套可以正常運行的直流電源供電模塊所支持的調(diào)速風(fēng)扇會自動加快轉(zhuǎn)速，從而提升帶走熱量的效率，保證系統(tǒng)的正常運行[8]。綜上所述，如果兩路交流輸入電源都處于正常情況，這兩套相互比較獨立的開關(guān)電源模塊都可獲取所需的能源。由于分擔(dān)IT設(shè)備所需提供的能源，開關(guān)電源模塊中的IGBT管所產(chǎn)生的功耗僅是額定功耗的1/4，故可有效增強IT設(shè)備的可靠性。相較傳統(tǒng)的IT設(shè)備，它的可靠性要超出6倍左右[9]。

非均流型的“雙電源輸入”IT設(shè)備的生產(chǎn)廠家為減少生產(chǎn)成本，在它的兩套直流穩(wěn)壓電源中沒有裝配自動均流調(diào)控電路，易導(dǎo)致這種IT設(shè)備的兩路直流電源饋送到后接負(fù)載的電流出現(xiàn)巨大的相差。實踐研究資料顯示，這種設(shè)備在使用過程中檢測其兩路交流電源的輸入電流，一條輸入電流為1.5 A，另一條輸入電流為10.2 A，電流相差高達8.7 A。因此，有研究人員認(rèn)為，這種IT設(shè)備中一路處在主熱備份工作，另一路處在從熱備份工作。然而，這是一種錯誤的觀點，實際這種設(shè)備的兩路交流輸入電源并不存在主、從備用關(guān)系[10]。

5 結(jié) 論

設(shè)計和建設(shè)數(shù)據(jù)中心機房，不僅可應(yīng)用單相的“雙電源輸入”IT設(shè)備，還可使用三相“雙電源輸入”IT設(shè)備，為用戶提供更多的選擇。特別是應(yīng)用三相“雙電源輸入”IT設(shè)備，可有效解決雙電源冗余輸入問題和三相IT設(shè)備的三相負(fù)載平衡帶載問題，切實提升IT設(shè)備的使用效果，增強用戶的使用體驗，使IT設(shè)備更好地為用戶服務(wù)，更好地為數(shù)據(jù)中心機房供電。