摘要：衡量IDC機房的設計和配置水平高低的重要標志之一是，不但要看它的UPS冗余供電系統是否具有高可靠性、高抗干擾性、高抗自然災害的能力及易“可管理性”，還要看它能否為IDC設備獲得100％的高“可利用率”，創造出優良的電源運行環境。

關鍵詞：互聯網數據中心；多媒體數據中心；不間斷電源冗余配置與設計

1選配具有優異“容錯”功能的UPS冗余

供電系統

眾所周知，互聯網數據中心(IDC)和多媒體數據中心(MDC)是高速互聯網的調控中心。用戶對它們所承擔的對信息資源(數據、語音和圖象信息)的遠程處理、存儲和轉送的“時效性”要求極高。那怕是僅幾秒鐘的“停機”均會給整個互聯網的安全運行和用戶的生產經營帶來無法估量的損失。嚴重時,甚至會造成社會和經濟生活的嚴重癱瘓。因此，IDC必須向用戶提供365×24h連續不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務。為達此目的，從設計原則上講，承擔著向IDC機房供電任務的整個電源系統都必須采用具有高度“容錯”功能的冗余式的供電方案，以確保無論是在市電電網出故障時或是在某臺“雙變換、在線式UPS電源的逆變器發生故障時，還是在進行日常維護/檢修操作時或因故致使保險絲燒毀/斷路器開關“跳閘”時，互聯設備均應由“在線式UPS”的逆變器電源來供電，而不應進入由普通的市電電源/應急備用發電機組經UPS的交流旁路來供電的狀態。這是因為只有“在線式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶的負載提供同時具有穩壓、無頻率“突變”，無干擾和波形失真度極小的高質量正弦波電源。對于包括后備式UPS，在線互動式UPS在內的“非在線式UPS”來說，它們主要對輸入電源的電壓進行調整，對輸入電壓的頻率波動，各種電源干擾和電壓失真度并無“實質性”的改善。這就意味著，在整個供電系統中，不應存在單點“瓶頸”故障隱患。為此，應盡可能地配置具有高度“容錯”功能的UPS冗余供電系統。也就是說，在這種UPS供電系統的運行中,即使遇到某些“部件”偶然發生“故障”時,整個UPS供電系統必須仍能正常工作。

根據當今UPS產業的技術發展水平,以選用具有“雙總線輸入”和“雙總線輸出”供電功能的UPS冗余供電系統為宜。它是由如下幾部分供電系統所構成的。

11“雙總線輸入”冗余式的輸入電源供電系統

由市電和備用發電機組所組成的雙總線輸入供電系統，它的基本配置為：由市電輸入電源＋備用發

電機組＋“自動切換控制柜＋輸入配電柜。自動切換控制系統時刻監視著各種輸入電源的實時運行狀態，并確保總是將其中最可靠的一路電源送到UPS的輸入端。對于某些重要的IDC機房而言，其“應急發電機”電源實際上是一套由多臺柴油發電機＋發電機并機控制柜所組成的冗余式發電機供電系統。為確保后接的“N＋1”型UPS冗余供電系統能絕對安全可靠地運行，必須高度重視位于上述冗余輸入電源供電系統中的各種設備之間的“技術兼容性”和“切換參數”的正確設置。這是因為如果設備的選型和配置不合理或“切換參數”設置不當,就有可能造成后接的UPS供電系統“出故障”或出現對用戶負載的瞬間“供電中斷”的故障隱患。可舉例說明此事。 1）由于某用戶的“1＋1”型UPS并機系統的輸入供電系統的設計欠妥，在長達數年的運行中似乎一切“正常”。然而，當用戶的輸入變壓器的高壓側因故出現“瞬間跳閘”故障時，引起UPS中的電池組也發生“爆炸起火”故障；

2）由于所選配的“1＋1”型并機系統存在設計缺陷(價格低),某用戶的“1＋1”型UPS冗余并機系統，在輸入電源供電中斷又突然恢復正常供電時，或在同一電網上有人在作市電供電與備用發電機供電“互投切換”操作時,就會出現如下故障現象：

——出現了這套UPS供電系統長期處于對用戶負載提供“交流旁路電源”供電的故障狀態； ——其中的1臺UPS的逆變器進入“自動關機”狀態,其持續時間為3～10s左右;

——整套“1＋1”UPS并機系統出現2～6s左右的“短暫停機”故障現象等。

在此說明的是，對于－48V通信電源而言，由于它們已采用雙路三相交流電源供電體制及備有大容量的－48V電池組的緣故。一般是將這種冗余式的通訊電源的輸入端直接連接到IDC的冗余式輸入電源的輸出端上，而無需將它們連接到“N＋1”型UPS冗余并機供電系統上，從而達到節省投資的目的。

12高可靠性的“N＋1”型UPS冗余供電系統

要想讓互聯網數據中心具有365×24h的“全天候”運行特性，對于向它提供電源的UPS產品的可靠性的要求是非常苛刻的。這是因為對于可靠性僅達99.999％的UPS產品來說，它在一年中可能造成的互聯網的停機時間長達316s，即使將UPS產品的可靠性提高到99.999999％，在一年中可能造成的停機時間仍有320ms之長。對于IDC機房而言，如果真的發生長達320ms的停機故障，它會帶來很大的損失。這是因為當前多數計算機所允許的瞬間供電中斷時間為10～18ms。否則，就會造成用戶的網控操作系統或運行軟件遭到破壞。因此，要想讓IDC機房真正具備能提供365×24h的連續不間斷的運行特性，絕不是當今的UPS產業可提供的UPS單機所能達到的。迄今為止，我們只能制備出故障率越來越低的UPS產品。然而，還制造不出“故障率為零”的UPS產品。在當今的技術條件下，采用“N＋1”型UPS冗余并機供電系統是消除單點“瓶頸”故障的最佳供電方案。它是在確保各臺UPS單機的逆變器輸出電壓處于同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現在各種UPS單機之間的“環流”等于零)，將“N＋1”臺具有相同輸出功率的UPS單機置于并聯輸出狀態來運行的供電系統。

為使UPS并機供電系統具有必要的“容錯”功能，要求用戶的最大負載量不應超過N臺UPS單機的總輸出功率。當UPS并機系統正常工作時，由“N＋1”臺UPS單機來平均分擔負載電流。當某臺UPS出故障時，發生故障的那臺UPS通過執行“選擇性跳閘”操作而自動脫機，此時,由剩下的N臺UPS繼續為用戶提供高質量的逆變器電源。

大量的運行實踐表明，隨著位于UPS冗余系統中的UPS單機數量的增加，它不但會造成整套UPS冗余并機供電系統的可靠性逐漸地下降，而且還會導致整套UPS冗余并機系統的“輸出功率的余量”也逐漸地減小(這意味著：UPS并機系統的抗輸出過載能力也在逐漸地降低)。因此，從應用技術的角度看，用戶應盡量地選用最可靠的“1＋1”型或“2＋1”型UPS冗余供電系統。為說明此問題，請參見表1。

表1某型號UPS多機冗余直接并機供電系統的可靠性并機方案1＋12＋13＋14＋15＋16＋1
系統輸出功率“余量”/％1005033252016
系統與單機的MTBF之比5.54.12.92.11.30.98
從表1可知，對“1＋1”型并機系統而言，其MTBF為單機的5.5倍。由此可見，采用冗余并機供電方案的確可使得整個供電系統的可靠性得到明顯的改善。然而，過份地增多單機的數量會造成并機系統可靠性的“巨大犧牲”，而且“6＋1”型并機系統的可靠性反而比單機的可靠性還低。

IDC機房用UPS冗余供電系統的配置和設計（1）

圖2帶負載同步控制器LBS和STS的雙總線輸出UPS冗余