数据中心机房电源配置研究分析

陆晓华

摘 要：最近几年，随着大数据和数字经济的发展，数据中心作为新型基础设施建设为经济高质量发展提供了坚实的基础，UPS供电系统作为影响数据中心机房安全可靠运转的核心因素也愈发重要。经过深层次的研究可见，UPS电源在供电中断时能够持续稳定的供电，提升数据中心房的安全性与可靠性。基于此，本文主要对数据中心机房电源配置进行了综合的分析。

关键词：数据中心机房;电源;配置分析

1、数据中心机房电源工作原理以及配置规划

数据中心UPS电源一般有正常、电池供电、旁路三个工作状态。在正常工作状态，机房电网先将市政供电380V/220V交流电通过AC/DC整流器装置把交流电转变为直流电，提供给UPS蓄电池组充电，然后借助DC/AC逆变器将直流电反向转换并稳定持续的输出380V/220V交流电源，最终提供给机房中各IT设备的正常运转;在电池供电状态，指发生突发状况如市政供电停止等异常的状态，UPS电源必须立即将蓄电池组持续输出直流电并通过逆变器转换为交流电，确保IT设备供电稳定;最后一种就是旁路状态，当UPS系统内部自身发生故障时，UPS电源必须及时切换市政供电进行直接供电。由此可见，UPS电源的结构、供电方式和运行状态相对复杂，如何确保最短的切换和最稳定的供电，合理的设计配置就尤其重要。

2、UPS电源配置原则

数据中心机房的UPS电源，首先必须保证最大瞬间供电切换时间小于一般IT设备能忍受的二十毫秒之内，若是时间过长会造成设备重启或者宕机。其次，数据中心机房的IT设备半导体运行是非线性荷载类型，同时具有谐波偏大、功率因数偏小的特点，必须选择对应容量的UPS电源和电池组，进而确保荷载功率在数据中心机房可以承受范围内。只有满足这些基本的配置原则后，才可以确保UPS电源能够在数据中心电源出现问题的情况下继续运转。最后也是最为重要的就是选择好能长期稳定运行的UPS配置方案，一般情况UPS电源装置的荷载不超过百分之八十;采用UPS电源类型为1+1或者2+1并联冗余，则其单个荷载不高于百分之四十;如果需确保数据中心机房能够更高可靠性的运转，那还需要考虑选择双母线等方式形成独立冗余系统，进一步提高可靠性。

3、UPS电源配置方式比较及建议

3.1  N+1冗余供电方式。小型数据中心机房一般应用场景较多的UPS电源配置方案为N+1冗余供电，为保证其运行状态，在设计和建设期必须保证输出端不少于两个UPS，且其通过并联的方式相连接，同时必须保证所应用的UPS品牌、型号、规格完全一致，通过此种方式形成的UPS冗余供电网络，能够保证UPS输出的稳定性，有效的将所有逆变器的负荷平均划分。如果UPS发生问题，则发生问题的UPS会自行退出系统，然后UPS会再次将负荷进行平均划分。N+1冗余供电方法能够保证N台工作与1台冗余协作运行，进而保证具有高度的冗余度。全部UPS的良好运行能够实现平均分配负载，最大化保证IT设备的长期运转品质的一致性，同时若是UPS主机出现问题时不会干扰负荷供电的持续性。利用提升并联UPS主机数量能够提升系统的容量，通过逐个脱机的方式可以方便的开展养护工作。N+1冗余供电方法必须保证具备合格的基础系统、模块、组件以及走线连接，如果装置发生的问题不超出冗余度，则IT设备能够持续稳定的工作，所以采用N+1冗余供电的方法充分符合一般性配置的需求。

3.2  2N冗余供电方式（双母线供电方式）。大中型数据中心机房为确保UPS供电系统的可用性与稳定性，数据中心机房中应该采用两套完全能单独工作的UPS系统组建的2N以及2（N+1）系统，电力行业中通常将此种供电方法叫做2N冗余和双总线。双总线供电方法中主要包含两个单独的UPS系统、同步控制装置、STS静态切换开关以及配电柜。IT设备负荷均为具有双电源特性的2N冗余供电方法，具体情况如图1所示。此种供电方法必须具备两个独立的均具备基础需求的UPS系统。若是两个系统中其中一个发生问题，则另一个仍能够继续工作，进而保证整个系统正常的运行。当系统运行良好期间，全部的双电源负荷和三电源负荷中的2个的输入，借助列头柜与2个UPS系统中的输出母线连接，将所有负荷平均划分到2个UPS系统中，在此系统中依据用户的需求必须设立两条母线，分别为A和B，设立期间必须遵循2个UPS供电系统的负荷基本相同的要求;而单电源负荷需要借助STS与2个UPS系统中的输出母线相连，STS在应用期间设定方法与规范和双电源负荷的一致;在系统正常运行期间，2个母线分别承担百分之五十的负荷。无论2N与2（N+1）系统中哪个UPS出现问题，则系统仍旧保持原始状态下双母线供电系统正常，不过如果有一条母线发生故障和进行维修与养护工作期间，双电源系统中能够继续工作的母线则会承载全部负荷，进而保证系统能够良好的运行，但是单电源系统中负荷会利用STS转接到其他母线中持续运行。如果负荷全部是双电源负荷，还可采取其他方式保证2个UPS系统的输出母线一致，此时可以选择同步控制器或者STS作为同步装置。和N+1类型的单系统供电措施进行比较，可以发现2N冗余供电方法的优势在于其能够在任意母线出现问题和维修养护期间，仍然能够持续稳定的运行，同时提升供电实用性与容错级别期间，确保能够提升其他工作效率。而其弊端在于必须采用2个UPS系统，在一定程度上提升了投入成本。2N冗余供电方法主要应用于级别较高的业务系统中，其符合数据机房供电相关标准中的A级标准与T4标准。

3.3“Δ型”供电方式（三母线供电方式）。大型数据中心机房还可以考虑采用强化母线安全方式的“Δ型”供电方法又称三母线供电方法与3N供电方法，其是比较个数的双母线供电方式，运转的3组系统若是任意系统发生问题，则负载会均分给剩余的系统，此供电方法具有2N冗余供电方法的全部特征，并且其单条母线的安全带载率最高可达到百分之六十六。经过深层次的研究可见，三母线供电方式能够降低用电设施对场地的占用，保证其供电方法的功效高于2N冗余供电方法，有效的降低相关用电设施的投资成本，确保配电系统与系统带载负载的最佳化，所以可以符合大多数T4和全部T3+以及A级规范数据机房的需求，其在高等级保障情况的应用频率较高。

结束语

数据中心是企业和社会数字化运行的基础工程，为各个业务系统提供稳定、安全的工作环境。数据中心的供电系统就是这项基础工程的能量血液。供电系统的稳定，就能够保障业务系统乃至社会各項服务的正常运行。本文通过对UPS电源系统的综合分析，得出如下结论：对于大中型数据中心机房在双电源负载较多且有重要业务系统的情况下，UPS电源系统配置应当选择双母线2N统配置方式，在某些适当情况下可以积极尝试三母线和高压直流方式创新和探索。

参考文献

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