数据中心不间断电源系统供电方案及造价对比分析

刘 帆

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

0 引 言

近年来，随着我国经济结构不断深化改革，国务院、国家各部委先后发布了网络强国与宽带中国发展战略、“互联网+”行动计划、促进大数据发展行动纲要等一系列影响重大的重要政策文件，中国的互联网行业迎来了大发展的时代，数据中心的建设也逐步进入了白热化阶段。目前，我国数据中心应用规模也已达到世界第二位，仅次于美国水平，数据中心已正式成为互联网基础设施之一。而随着云计算的兴起，5G时代的来临，我国IDC产业也必将随着国内IT市场的发展保持高速增长的态势。

住房城乡建设部发布的《数据中心设计规范》（GB 50174—2017），明确规定了数据中心的分级和设计。电源供电系统是数据中心运行的根本保障系统，而通信电源部分的供电方案是整个电源供电系统的重中之重，不同的供电方案适用不同的场景。本文针对数据中心的不同通信电源供电方案，对其系统配置、应用场景及其造价投资进行了系统分析。

1 数据中心的分级

为适应国内数据中心的建设并与国际接轨，2017年5月，住房城乡建设部出台了数据中心设计的国标文件，即《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）。根据该规范，数据中心电源的配置方案可以有如表1所示的几种情况。

从表中不间断供电系统配置的要求来看，数据中心的通信电源配置系统有三种供电方案：2N或M(N+1)、一路（N+1）UPS和一路市电供电、2N或（N+1）。由此，本文对这些供电方案的优缺点、应用场景及造价投资进行详细论述。

2 不同通信电源供电方案比较

2.1 2N双总线UPS系统

2.1.1 2N双总线UPS系统简述

2N双总线UPS系统是指由两套UPS系统组成双总线分布冗余系统，两套UPS系统互为主备用，每套系统均能完全满足供电负荷。正常运行时，两套系统均分负载，每套UPS供电系统各承担1/2的负载，当其中1套UPS供电系统发生故障时，另一套UPS设备将承担通信系统的全部负载供电。2N双总线UPS系统供电模式如图1所示。

图1 2N双总线UPS系统供电模式

表1 数据中心电源的配置方案

2.1.2 2N双总线UPS系统的优缺点分析

优势：2N冗余系统的供电方案克服了单电源系统存在的单点故障瓶颈，大大增加了供电系统可靠性，是目前IDC数据中心中广泛采用的一种供电方案。

劣势：2N冗余系统的缺点也非常明显，设备配置多、成本高，通常情况下效率比N+X容错系统低。同时，由于设备占用建筑面积，同等规模下的数据中心装机率低。

2.2 单套UPS系统+市电混供模式

2.2.1 单套UPS系统+市电混供模式简述

单套UPS系统+市电混供模式的外市电由两路市电引入，互为备用。当市电电源满足要求时由市电为全部负载供电，当市电电源故障或电源质量不满足要求时，系统自动转由不间断电源系统为全部负载供电，以降低电源系统的损耗。单套UPS系统+市电混供模式如图2所示。

图2 单套UPS系统+市电混供模式

2.2.2 单套UPS系统+市电混供模式的优缺点分析

（1）优势。与2N双总线UPS系统相比，单套UPS系统+市电混供模式减少了一套UPS系统的配置，大大降低了系统造价，供电可靠性也优于单电源系统；由于UPS系统的减配，电池数量减少，电力电池室的房间面积减少，建设规模的数据中心可装机架数大大提高，经过实际工程案例测算，装机率能提高6%～7%。

（2）劣势。供电可靠性低于2N双总线UPS系统。

2.3 单套高压直流系统+市电混供模式

2.3.1 单套高压直流系统+市电混供模式简述

单套高压直流系统+市电混供模式是在单套UPS系统+市电混供模式的基础上发展而来的。该模式的外市电同样由两路市电引入，互为备用。将高压直流系统替代UPS系统，与之不同的是，高压直流系统采用336 V直流电源，比220 V的UPS在节能和降低电缆造价上更具优势。单套高压直流系统+市电混供模式如图3所示。

图3 单套高压直流系统+市电混供模式

2.3.2 单套高压直流系统+市电混供模式的优缺点分析

（1）优势。单套高压直流系统+市电混供模式同样具有造价低、装机率高的优点，且由于高压直流系统相比UPS系统无逆变过程，在节能上更优于单套UPS系统+市电混供模式。

（2）劣势。系统复杂，需要相同配置的高压直流机柜、服务器等设备共同组成该系统，受市场制约和客户接受制约更大。

2.4 3N UPS系统

2.4.1 3NUPS系统简述

3NUPS系统是指每3套UPS供电系统组成两两双总线分布冗余系统，3套UPS供电系统互为主备用。在正常情况下，3套UPS供电系统共同担负同一通信设备的供电，理论上3套系统均分负载，每套UPS供电系统各承担1/3的负载，当其中1套UPS供电系统发生故障时，由其他UPS设备承担通信系统的全部负载供电。3NUPS系统供电模式如图4所示。

图4 3N UPS系统供电模式

2.4.2 3NUPS系统的优缺点分析

（1）优势。与2N双总线UPS系统相比，3NUPS系统具有节省造价、提高装机率的优势。

（2）劣势。3NUPS系统采用交叉供电的方式，要求带载负荷均衡，系统设置相对于其他系统难度较大，对运行维护的要求也相对高一些。

3 4种不间断电源系统供电方案的造价对比分析

通过对项目中采用不同供电方案的造价进行抽取，对比了上述4种不间断电源系统供电方案的单机架投资，具体情况如表2所示。

表2 四种不间断电源系统供电方案

从表2可以看出，2N双总线UPS系统的单机架投资最高，明显高于其他3种不间断电源系统。单套UPS系统+市电混供模式与单套高压直流系统+市电混供模式的单机架投资大致相当，但从系统配置和市场接受度来看，单套UPS系统+市电混供模式更优。

4 结 论

总的来说，2N双总线UPS系统系统架构简单，后期运维难度和成本较低，但初期建设成本偏高；3NUPS系统的架构最为复杂，且后期运维难度较高，但在节省造价和提高装机率上有较大优势；单套高压直流系统+市电混供模式初期建设成本、后期运行成本都较低，但由于服务器及机柜等需要单独采购定制，市场可接受程度较低；单套UPS系统+市电混供模式在系统架构、后期运维难度和成本、初期建设成本、装机效率上都有很大优势，且能满足国标对于A级机房的配置要求，但在供电可靠性上低于2N双总线UPS系统，需要考虑市场用户的接受程度。

综合以上分析，在实际工程中，需要根据项目具体情况、特点、用户需求来选择不同的供电方案，以实现造价、运维成本、供电可靠度的最优配置。