数据中心机房用IT设备对UPS供电系统的技术要求

2019-07-23王海涛

通信电源技术 2019年6期

王海涛

（深圳达实智能股份有限公司，广东深圳 518057）

0 引言

当前多数数据机房应用的IT设备较多，如网关、光端机、交换机、通信设备、磁盘阵列机及各类服务器等。基于具有输入功率因数校正功能的开关电源作为储芯片的直流辅助电源。目前，市场竞争压力较大，且各项应用技术快速发展，诸多IT设备生产研发商为了提升IT设备预算能力，开始研究更多高效率、小体积的IT设备。

1 IT设备供电模式

UPS的连续性不间断供电特点对数据中心供电稳定性具有重要作用。基于供电稳定性，UPS供电系统具有较高的冗余配置，负荷率较低。现阶段，我国大力倡导节能减排，要对数据中心机房和电力资源合理应用，对UPS系统配置进行合理优化，以提升经济效益，控制成本投入。当前多数数据中心是选用2N双总线UPS系统为IT设备提供双路不间断交流电。此系统是由多个UPS系统组成的冗余系统。此系统运行中，各个环节和多个设备都是冗余配置；稳定运行中，每个UPS系统承担一部分总负荷。部分大中型机房中只配有少量单电源设备，当前可以安装小型STS设备，以提升设备供电稳定性。应用2N配置系统，可行性会有效提升，如图1所示。

图1 配置系统

目前，IT设备主要通过3种形式进行供电，包括高压直流供电模式、交流UPS供电模式及交流直接供电+高压直流供电模式。高压直流供电模式主要应用240 V高压直流设备为IT设备进行供电。UPS供电模式是通过交流UPS对IT设备进行供电。IT设备大多为双电源，一端通过交直流供电模式为市电交流供电，另外一端通过高压直流系统进行稳定供电[1]。

2 IT设备对UPS输出电源具有良好的适应能力

IT设备输入电源设计方案中多应用开关电源。此类设计优势主要是发挥了输入电源较强的适应性，能扩大输入电源电压以及频率的基本波动范围，其中输入频率以及电压承受最大限值分别为55 Hz、380 V。设计过程中，需要选用高质量厂商生产的UPS产品，才能有效满足IT设备应用中对不同输入电源的应用技术要求。分析相关资料数据可知，当前数据中心对UPS供电系统中IT设备进行应用时，监测UPS输入以及输出电压失真度在2.5%范围内。应用的UPS设备输出电压以及频率基本波动范围需要合理控制在IT设备规定范围内，并且供电系统的频率以及输出电压不会对数据中心机房稳定运行产生较大影响[2]。因此，设计与建设过程中，相关技术人员要对UPS电源效率、输出过载应对能力及输出功率因数方面进行合理控制，如图2所示。

图2 UPS总线配置

3 IT设备不能出现超出瞬间供电中断故障

当前我国应用的各类工控以及IT设备在运行过程中电源发生瞬间供电闪断或是中断故障，时间范围值要控制在10～20 ms。分析相关研究数据发现，诸多新型IT设备允许输入电源瞬时闪断及中断时间为8 ms。目前，各个行业的发展对信息资源依赖性较大，如果信息网络系统发生运行故障，会产生较大损失。UPS供电系统在运行过程中需要做好系统供电服务，设计过程中需要避免8～20 ms的瞬间中断故障，以确保信息网络机房的稳定运行。当前主要供电方案有以下两种。（1）数据中心机房多选用单电源输入IT设备，可应用串联热备份UPS供电系统，利用效率较高。（2）在数据中心机房应用双电源输入IT设备，可通过2台UPS单机组成双总线输出供电系统，能有效突出此类设备的供电应用价值，能适应IT设备不间断供电需求[3-4]。

4 网络通信设备以及IT设备设计应用双电源输入

目前，为了确保数据中心机房的稳定运行，需要提升网络通信设备以及IT设备的运行稳定性。分析各类常见故障发生原因发现，多数故障的发生都是由于开关电源诱发。网络通信设备以及IT设备供电输入通道中，需要全面消除单点瓶颈故障隐患，防止输入电源发生闪退等故障，或是电源停电故障。市场中常用的IT设备主要有负载均流型双电源输入IT设备，其次是非均流型的双电源输入IT设备。负载均流型双电源输入IT设备运行过程中，如果其中一套电源供电模块发生故障，会诱发停电等故障，此时供电传输任务会转移到另外的直流电源供电模块。该模块将承担较多的负载电流，以促使IT设备稳定运行，强化服务器风冷能力。此类直流电源供电模块支持的风扇能自动转动，加速热量消耗，以保障系统的稳定运行。IT设备中能源传输任务被有效分担，开关电源模块中IGBT管产生的功耗较低，能提升IT设备的运行稳定性。非均流双电源输入IT设备生产厂家为了能有效控制生产成本，未在直流稳压电源中添加自动均流调控电路，将导致设备的两路直流电源传输到负载的电流存在较大差值。分析相关实践资料发现，应用此类设备时，两路输入电流值分别为1.5 A和10.2 A，电流相差较大[5-6]。