IDC机房用机房用UPS冗余供电系统的配置和设计冗余供电系统的配置和设计
衡量IDC机房的设计和配置水平高低的重要标志之一是,不但要看它的UPS冗余供电系统是否具有高可靠性、高
抗干扰性、高抗自然灾害的能力及易“可管理性”,还要看它能否为IDC设备获得100%的高“可利用率”,创造出优
良的电源运行环境。
1选配具有优异“容错”功能的UPS冗余
供电系统
众所周知,互联网数据中心(IDC)和多媒体数据中心(MDC)是高速互联网的调控中心。用户对它们所承担的对信息资源(数据、
语音和图象信息)的远程处理、存储和转送的“时效性”要求极高。那怕是仅几秒钟的“停机”均会给整个互联网的安全运行和用户
的生产经营带来无法估量的损失。严重时,甚至会造成社会和经济生活的严重瘫痪。因此,IDC必须向用户提供365×24h连续不
断的高速、安全和可靠的信息资源增值服务。为达此目的,从设计原则上讲,承担着向IDC机房供电任务的整个电源系统都必
须采用具有高度“容错”功能的冗余式的供电方案,以确保无论是在市电电网出故障时或是在某台“双变换、在线式UPS电源"的
逆变器发生故障时,还是在进行日常维护/检修操作时或因故致使保险丝烧毁/断路器开关“跳闸”时,互联设备均应由“在线式
UPS”的逆变器电源来供电,而不应进入由普通的市电电源/应急备用发电机组经UPS的交流旁路来供电的状态。这是因为只
有“在线式UPS”的逆变器电源才有可能向用户的负载提供同时具有稳压、无频率“突变”,无干扰和波形失真度极小的高质量正
弦波电源。对于包括后备式UPS,在线互动式UPS在内的“非在线式UPS”来说,它们主要对输入电源的电压进行调整,对输入
电压的频率波动,各种电源干扰和电压失真度并无“实质性”的改善。这就意味着,在整个供电系统中,不应存在单点“瓶颈”故
障隐患。为此,应尽可能地配置具有高度“容错”功能的UPS冗余供电系统。也就是说,在这种UPS供电系统的运行中,即使遇到
某些“部件”偶然发生“故障”时,整个UPS供电系统必须仍能正常工作。
根据当今UPS产业的技术发展水平,以选用具有“双总线输入”和“双总线输出”供电功能的UPS冗余供电系统为宜。它是由如下几
部分供电系统所构成的。
11“双总线输入”冗余式的输入电源供电系统
由市电和备用发电机组所组成的双总线输入供电系统,它的基本配置为:由市电输入电源+备用发
电机组+“自动切换"控制柜+输入配电柜。自动切换控制系统时刻监视着各种输入电源的实时运行状态,并确保总是将其中最
可靠的一路电源送到UPS的输入端。对于某些重要的IDC机房而言,其“应急发电机”电源实际上是一套由多台柴油发电机+发
电机并机控制柜所组成的冗余式发电机供电系统。为确保后接的“N+1”型UPS冗余供电系统能绝对安全可靠地运行,必须高度
重视位于上述冗余输入电源供电系统中的各种设备之间的“技术兼容性”和“切换参数”的正确设置。这是因为如果设备的选型和
配置不合理或“切换参数”设置不当,就有可能造成后接的UPS供电系统“出故障”或出现对用户负载的瞬间“供电中断”的故障隐
患。可举例说明此事。 1)由于某用户的“1+1”型UPS并机系统的输入供电系统的设计欠妥,在长达数年的运行中似乎一切“正
常”。然而,当用户的输入变压器的高压侧因故出现“瞬间跳闸”故障时,引起UPS中的电池组也发生“爆炸起火”故障;
2)由于所选配的“1+1”型并机系统存在设计缺陷(价格低),某用户的“1+1”型UPS冗余并机系统,在输入电源供电中断又突然
恢复正常供电时,或在同一电网上有人在作市电供电与备用发电机供电“互投切换”操作时,就会出现如下故障现象:
——出现了这套UPS供电系统长期处于对用户负载提供“交流旁路电源”供电的故障状态; ——其中的1台UPS的逆变器进入“自
动关机”状态,其持续时间为3~10s左右;
——整套“1+1”UPS并机系统出现2~6s左右的“短暂停机”故障现象等。
在此说明的是,对于-48V通信电源而言,由于它们已采用双路三相交流电源供电体制及备有大容量的-48V电池组的缘故。
一般是将这种冗余式的通讯电源的输入端直接连接到IDC的冗余式输入电源的输出端上,而无需将它们连接到“N+1”型UPS冗
余并机供电系统上,从而达到节省投资的目的。
12高可靠性的“N+1”型UPS冗余供电系统
要想让互联网数据中心具有365×24h的“全天候”运行特性,对于向它提供电源的UPS产品的可靠性的要求是非常苛刻的。这是
因为对于可靠性仅达99.999%的UPS产品来说,它在一年中可能造成的互联网的停机时间长达316s,即使将UPS产品的可靠
性提高到99.999999%,在一年中可能造成的停机时间仍有320ms之长。对于IDC机房而言,如果真的发生长达320ms的停机
故障,它会带来很大的损失。这是因为当前多数计算机所允许的瞬间供电中断时间为10~18ms。否则,就会造成用户的网控
操作系统或运行软件遭到破坏。因此,要想让IDC机房真正具备能提供365×24h的连续不间断的运行特性,绝不是当今的UPS
产业可提供的UPS单机所能达到的。迄今为止,我们只能制备出故障率越来越低的UPS产品。然而,还制造不出“故障率为
零”的UPS产品。在当今的技术条件下,采用“N+1”型UPS冗余并机供电系统是消除单点“瓶颈”故障的最佳供电方案。它是在确
保各台UPS单机的逆变器输出电压处于同幅度、同频率和同相位的条件下(出现在各种UPS单机之间的“环流”等于零),将“N+
1”台具有相同输出功率的UPS单机置于并联输出状态来运行的供电系统。
为使UPS并机供电系统具有必要的“容错”功能,要求用户的最大负载量不应超过N台UPS单机的总输出功率。当UPS并机系统
正常工作时,由“N+1”台UPS单机来平均分担负载电流。当某台UPS出故障时,发生故障的那台UPS通过执行“选择性跳闸”操
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