数据中心机房UPS 供电系统可靠性研究与应用

钟建兵

（爱玛客服务产业（中国）有限公司，重庆 408000）

1 数据中心机房的概述

目前，大部分的数据中心机房配置都差不多，主要的设备包括小型机、存储机器、网络交换器和服务器路由器等。按照电源类型可以对这些设备进行分类，主要能够分为两类设备，即单电源设备和冗余电源设备。单电源设备顾名思义就是机房的设备中只有一个电源模块，通过这个单一的电源对机房设备进行电力供应。在这种供电模式下，电源模块和机器设备关联非常密切，当设备中的某一个部件出现问题，就会导致整个系统停止运转，也会影响到电源模块，使其停止运转，这样就会导致整个机房的设备出现问题甚至宕机。在冗余电源系统中，会进行多个电源模块的组装，使其成为一个整体，那么在这个系统中多数电源设备都可以进行运行负担的承载。如果某一个部件出现运行故障，那么这个部件关联的电源模块也会停止运行，但是和单电源模块不一样的是，冗余电源设备还有其他的电源模块来支撑系统运转。在一些中大型的机房中进行少量的单电源设备和小型的STS 设备的配置和安装，能够在一定的程度上提高设备的稳定性，与此同时进行2N 系统的配合，能够在一定程度上提升该供电系统的可行性[1]。

2 数据中心机房的UPS 供电模式的可靠性分析

2.1 串联单总线

串联单总线的供电模式采用了两套UPS 的供电系统，并且将这两套系统分为主机和备用机。其中备用机是作为主机的静态旁路电源存在的。当这种供电模式日常运转时，主要的供电设备是主机；当主机出现供电故障时，系统就自动切换到空载状态下的备用机，让备用机进行供电，从而保障机房的正常运行。那么分析这套系统的可靠性可以发现，这个系统能够将UPS 的供电模式的非冗余系统进行拓展，将它们转化为冗余系统，主要通过独立静态旁路来保证这个系统模式能够进行正常运转。在具备可靠性的同时，这个模式还具有方便性和灵活性，能够运用在多种型号规格的设备当中。此外，这种模式还便于维护和修复，具备相对较高的可靠性。图1 为配置系统示意图。

图1 配置系统示意图

2.2 并联单总线

并联单总线的供电模式具体的操作方式是并联两台及以上设备的逆变器，处理他们的输出模式，从而形成了一套具有多个供电设备的冗余供电系统。在这个系统对全部的机房设备进行供电时，系统的运行负担可以被所有的并联设备分担，如果有一两个设备出现问题，那么其余的电源模块可以维持系统正常的运转。分析这套系统的可靠性可以发现，这种供电模式能够在不中断供电的情况下进行安全维护操作，并且同时具备非常高的容错性和可靠性。但是这个系统也有一定的问题。例如，因为规格的不同，所以UPS 的输出参数也不一样，并联这些设备的逆变器时，有可能会出现环流问题，更严重一点的情况是设备因此出现故障问题。由此可知，并联单总线的供电模式的可靠性比较低。

2.3 双总线模式

单总线供电运行下的设备，非常容易出现单点故障，从而对系统的正常运转造成影响。为了解决这个问题，双总线供电模式随之出现。在这个模式中，给机房的系统安排了两条互不干扰的路线，这样就能够保证独立电源模式的存在。在实行这种模式时，不管是单一的电源模块还是多个电源模块，都能够组成系统的供电线路。

在这个模式中，有一个静态的转换开关，当电源的供电线路出现故障时，就能够切换到备用电源，从而使系统开始正常稳定的运转。分析这套供电模式的可靠性可以发现，双总线供电模式实现了多种供电模式的组合，因而提升了系统设备的可靠性。这也是为什么目前的大部分机房使用的都是双总线供电模式。

3 提高数据中心机房UPS 供电系统可靠性的措施

本文提到的3 种供电模式是目前大部分的数据中心机房使用的模式。这3 种模式根据其自身状况也存在不同的运行特点，同时可靠性也不一样。所以在实际的应用中，要遵循两个基本原则：第一，一定要选择优质的设备，保证设备本身的安全稳定性；第二，要落实优良的设备连接方案，从而有效的优化并提高供电模式的合理性。

3.1 合理调整UPS 的输入输出形式

将UPS 供电系统应用到数据中心机房时，存在两个问题。第一个问题就是UPS 系统实行的是三相输出的模式，这个模式会存在一个问题，就是会出现三相负载不平衡的情况，这种情况会导致电压的异常，从而对供电的稳定性产生影响。第二个问题是UPS 系统中存在单相进出的模式，那么这个模式下就会有配电不均衡的问题存在。为了解决这两个问题，通常是从如下两个方面着手。一方面，是对输电线的线路进行扩容，以此来保证这个线路能够容纳的电子是原先电路的三倍以上，第二点也是对电路的输入端进行增容，增容之后容纳的倍数也要保证是之前的三倍及以上。只有这样才能够保证冗余模式下进行旁路转换的安全性，从而保证系统运行的可靠性。

3.2 优化冗余供电模式

现阶段，数据中心机房应用的最多的就是双电网的供电模式。这个模式能够有效的提高机房供电系统运行的稳定性和安全性，但是这一供电模式易存在连接问题[2]。如果这个供电模式的连接出现问题，那么会对系统的运行和供电造成一定的影响。想要解决这个问题，可以将冗余连接方式进行并联，并且在相关的设备之间添加部分的关联措施，从而保证系统的并联不出现故障问题。这种模式下可以有效地提升UPS系统的可靠性，也能够加强设备的承载负荷的能力。

3.3 模块化冗余供电

目前，单机并联的UPS 系统应用的不是很广泛，那么想要让这个系统能够有进一步的推广发展，就要让系统中的冗余方案模块化。具体的操作是将多个小容量的供电设备进行集中关联，由于是小容量的供电设备，所以可以保证整体设备的体积与质量都不大，并能够轻易地进行连接与断开的操作。而最大的优点是在保证持续供电的同时还能够进行相关的断电操作。这种系统实现了同一设备的多模块并联，也合理引入了配电单元，对配电的功能进行了增强，系统的可靠性也随提升。

4 结 论

随着智能电网的飞速发展，人们对于数据中心机房的供电有了更高的要求，人们需要更稳定、更有效的供电系统。因此，必须要对UPS 供电模式进行优化落实，选择更为科学合理的连接方式，切实提高供电系统的可靠性。