數(shù)據(jù)中心不間斷電源系統(tǒng)供電方案及造價對比分析

劉 帆

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟結構不斷深化改革，國務院、國家各部委先后發(fā)布了網(wǎng)絡強國與寬帶中國發(fā)展戰(zhàn)略、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃、促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要等一系列影響重大的重要政策文件，中國的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)迎來了大發(fā)展的時代，數(shù)據(jù)中心的建設也逐步進入了白熱化階段。目前，我國數(shù)據(jù)中心應用規(guī)模也已達到世界第二位，僅次于美國水平，數(shù)據(jù)中心已正式成為互聯(lián)網(wǎng)基礎設施之一。而隨著云計算的興起，5G時代的來臨，我國IDC產(chǎn)業(yè)也必將隨著國內(nèi)IT市場的發(fā)展保持高速增長的態(tài)勢。

住房城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB 50174—2017），明確規(guī)定了數(shù)據(jù)中心的分級和設計。電源供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心運行的根本保障系統(tǒng)，而通信電源部分的供電方案是整個電源供電系統(tǒng)的重中之重，不同的供電方案適用不同的場景。本文針對數(shù)據(jù)中心的不同通信電源供電方案，對其系統(tǒng)配置、應用場景及其造價投資進行了系統(tǒng)分析。

1 數(shù)據(jù)中心的分級

為適應國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的建設并與國際接軌，2017年5月，住房城鄉(xiāng)建設部出臺了數(shù)據(jù)中心設計的國標文件，即《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB 50174—2017）。根據(jù)該規(guī)范，數(shù)據(jù)中心電源的配置方案可以有如表1所示的幾種情況。

從表中不間斷供電系統(tǒng)配置的要求來看，數(shù)據(jù)中心的通信電源配置系統(tǒng)有三種供電方案：2N或M(N+1)、一路（N+1）UPS和一路市電供電、2N或（N+1）。由此，本文對這些供電方案的優(yōu)缺點、應用場景及造價投資進行詳細論述。

2 不同通信電源供電方案比較

2.1 2N雙總線UPS系統(tǒng)

2.1.1 2N雙總線UPS系統(tǒng)簡述

2N雙總線UPS系統(tǒng)是指由兩套UPS系統(tǒng)組成雙總線分布冗余系統(tǒng)，兩套UPS系統(tǒng)互為主備用，每套系統(tǒng)均能完全滿足供電負荷。正常運行時，兩套系統(tǒng)均分負載，每套UPS供電系統(tǒng)各承擔1/2的負載，當其中1套UPS供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一套UPS設備將承擔通信系統(tǒng)的全部負載供電。2N雙總線UPS系統(tǒng)供電模式如圖1所示。

圖1 2N雙總線UPS系統(tǒng)供電模式

表1 數(shù)據(jù)中心電源的配置方案

2.1.2 2N雙總線UPS系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析

優(yōu)勢：2N冗余系統(tǒng)的供電方案克服了單電源系統(tǒng)存在的單點故障瓶頸，大大增加了供電系統(tǒng)可靠性，是目前IDC數(shù)據(jù)中心中廣泛采用的一種供電方案。

劣勢：2N冗余系統(tǒng)的缺點也非常明顯，設備配置多、成本高，通常情況下效率比N+X容錯系統(tǒng)低。同時，由于設備占用建筑面積，同等規(guī)模下的數(shù)據(jù)中心裝機率低。

2.2 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式

2.2.1 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式簡述

單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式的外市電由兩路市電引入，互為備用。當市電電源滿足要求時由市電為全部負載供電，當市電電源故障或電源質(zhì)量不滿足要求時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)由不間斷電源系統(tǒng)為全部負載供電，以降低電源系統(tǒng)的損耗。單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式如圖2所示。

圖2 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式

2.2.2 單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式的優(yōu)缺點分析

（1）優(yōu)勢。與2N雙總線UPS系統(tǒng)相比，單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式減少了一套UPS系統(tǒng)的配置，大大降低了系統(tǒng)造價，供電可靠性也優(yōu)于單電源系統(tǒng)；由于UPS系統(tǒng)的減配，電池數(shù)量減少，電力電池室的房間面積減少，建設規(guī)模的數(shù)據(jù)中心可裝機架數(shù)大大提高，經(jīng)過實際工程案例測算，裝機率能提高6%～7%。

（2）劣勢。供電可靠性低于2N雙總線UPS系統(tǒng)。

2.3 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式

2.3.1 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式簡述

單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式是在單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式的基礎上發(fā)展而來的。該模式的外市電同樣由兩路市電引入，互為備用。將高壓直流系統(tǒng)替代UPS系統(tǒng)，與之不同的是，高壓直流系統(tǒng)采用336 V直流電源，比220 V的UPS在節(jié)能和降低電纜造價上更具優(yōu)勢。單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式如圖3所示。

圖3 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式

2.3.2 單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式的優(yōu)缺點分析

（1）優(yōu)勢。單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式同樣具有造價低、裝機率高的優(yōu)點，且由于高壓直流系統(tǒng)相比UPS系統(tǒng)無逆變過程，在節(jié)能上更優(yōu)于單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式。

（2）劣勢。系統(tǒng)復雜，需要相同配置的高壓直流機柜、服務器等設備共同組成該系統(tǒng)，受市場制約和客戶接受制約更大。

2.4 3N UPS系統(tǒng)

2.4.1 3NUPS系統(tǒng)簡述

3NUPS系統(tǒng)是指每3套UPS供電系統(tǒng)組成兩兩雙總線分布冗余系統(tǒng)，3套UPS供電系統(tǒng)互為主備用。在正常情況下，3套UPS供電系統(tǒng)共同擔負同一通信設備的供電，理論上3套系統(tǒng)均分負載，每套UPS供電系統(tǒng)各承擔1/3的負載，當其中1套UPS供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，由其他UPS設備承擔通信系統(tǒng)的全部負載供電。3NUPS系統(tǒng)供電模式如圖4所示。

圖4 3N UPS系統(tǒng)供電模式

2.4.2 3NUPS系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析

（1）優(yōu)勢。與2N雙總線UPS系統(tǒng)相比，3NUPS系統(tǒng)具有節(jié)省造價、提高裝機率的優(yōu)勢。

（2）劣勢。3NUPS系統(tǒng)采用交叉供電的方式，要求帶載負荷均衡，系統(tǒng)設置相對于其他系統(tǒng)難度較大，對運行維護的要求也相對高一些。

3 4種不間斷電源系統(tǒng)供電方案的造價對比分析

通過對項目中采用不同供電方案的造價進行抽取，對比了上述4種不間斷電源系統(tǒng)供電方案的單機架投資，具體情況如表2所示。

表2 四種不間斷電源系統(tǒng)供電方案

從表2可以看出，2N雙總線UPS系統(tǒng)的單機架投資最高，明顯高于其他3種不間斷電源系統(tǒng)。單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式與單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式的單機架投資大致相當，但從系統(tǒng)配置和市場接受度來看，單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式更優(yōu)。

4 結 論

總的來說，2N雙總線UPS系統(tǒng)系統(tǒng)架構簡單，后期運維難度和成本較低，但初期建設成本偏高；3NUPS系統(tǒng)的架構最為復雜，且后期運維難度較高，但在節(jié)省造價和提高裝機率上有較大優(yōu)勢；單套高壓直流系統(tǒng)+市電混供模式初期建設成本、后期運行成本都較低，但由于服務器及機柜等需要單獨采購定制，市場可接受程度較低；單套UPS系統(tǒng)+市電混供模式在系統(tǒng)架構、后期運維難度和成本、初期建設成本、裝機效率上都有很大優(yōu)勢，且能滿足國標對于A級機房的配置要求，但在供電可靠性上低于2N雙總線UPS系統(tǒng)，需要考慮市場用戶的接受程度。

綜合以上分析，在實際工程中，需要根據(jù)項目具體情況、特點、用戶需求來選擇不同的供電方案，以實現(xiàn)造價、運維成本、供電可靠度的最優(yōu)配置。