常翔 陈峥 王福生
宁夏信通网络科技有限公司 宁夏 银川 750001
摘要：作为互联网时代信息化建设的重要保障，数据中心始终是金融、政府、能源、交通等行业的投入核心。而UPS系统作为数据中心的电源动力核心，对数据安全保护起着至关重要的作用。这就要求数据中心UPS供配电方案设计时结合机房需求、设备投资等多方面综合考虑，UPS系统要不断地向节能环保、节约投资、供电安全等方面发展。本文通过UPS供电方式比较，提出不同等级数据机房UPS供电方式的相关建议。
关键词：数据中心；机房UPS电源；供电方案；比较；建议
1.UPS电源的种类选择
1.1后备式电源
按照UPS电源的主要功能，可分为逆变器、滤波器与蓄电池3种功能。正常供电时，后备式UPS电源逆变器处于待机状态，不转换电能，电能经稳压滤波处理后传送到设备中。
后备式UPS电源的蓄电池工作时处于充电状态，供电网络出现异常，如功电压超高、供电中断等情况，后备式UPS电源切停负载电荷电能传送，使用逆变器将电能转变为交流电。
后备式UPS电源具有价格较低、电能转化率高的特点，通常应用于办公电脑，其缺点是大功率电器使用易出现单点故障，适用于小功率设备电源供给。
1.2在线式电源
供电正常时，在线式UPS电源输入交流电转化为直流充电，蓄电池中直流电经逆变器转变为可供负载使用的交流电，供电中断时，通过逆变器向设备提供电力。
在线式UPS电源逆变器工作状态、工作方式不受供电网状态决定，具有较好的稳压稳频功能。在线式UPS电源具有更强的供电连续性，其连续性证明更适合向关键设备提供电源。
1.3互动式电源
互动式UPS电源是基于上述两种电源之间的UPS电源，供电网正常时，互动式UPS电源仿照后备式UPS电源工作方式进行稳压滤波处理供给负载使用。电压波动未超出限制范围，可将电网电压调整到正常范围，通过稳压滤波等系列处理后提供给负载。电压波动超限时，启动蓄电池提供负载。
互动式UPS电源利用率介于后备式UPS电源与在线式UPS电源之间，稳定特性与充电效果较差，不适用于长延时的电源使用。
1.4不同类型UPS电源对比
选择UPS电源时，需考虑对其影响因素，电源容量是UPS电源选择的重要参数，选用的电源容量应是中心控制机房负载总功率的一倍左右，可避免资金浪费，预留一定空间增加负载。
数据中心应用中，针对UPS电源产品不同特征，使UPS电源发挥最大的效率，设备环境及电路环境对UPS电源稳定性有很大影响，对后备式、互动式与在线式UPS电源的性能进行比较，在电压调节功能方面，互动式高于在线式，在单位功率成本方面，在线式最高，在效率方面，互动式偏低。
2.数据中心机房对UPS电源的要求
数据中心机房需要为用户实时处理数据，并对处理的数据进行存储或者传输，现有的数据中心机房中的IT设备所允许的瞬时电力端时间为0.02s，如果服务器或者交换机等IT设备超过0.02s的电力中断，将会使整个网络系统瘫痪，瘫痪后需要重启设备，而重新启动少则几十分钟，多则几个小时，会为其带来严重的经济损失。
因此，为了保证数据中心机房的UPS电源可以全年无休的进行供电，则UPS电源需要满足以下要求：
(1)使用在线式UPS电源为数据中心机房提供电源，保证UPS电源为机房提供稳定的、连续的、无干扰的高质量电源，稳压和连续供电可以保证数据中心机房中的IT设备安全可靠的运行；无突变、无干扰是保证数据中心机房中的IT设备能够处于高速运转的状态下。
(2)数据中心机房的UPS电源，不能进入到普通的市电电源状态，一旦进入到市电电源经交流旁路供电状态下，用户的关键性负载的电源供电质量将会明显降低，安全无法得到有效保障，对于网络运行而言存在非常大的安全风险。
(3)选择N+1的冗余并机技术，以提高UPS电源在数据中心机房的容错能力，提高UPS电源的供电质量。
(4)使用双总线输入、输出的供电系统，当逆变器处于带电状态下进行维修，当用户的负载发生短路要迅速切换到UPS逆变器中，保证数据中心机房中的IT设备的电源得到较高的可用率。
3.N+1（或M+N）的冗余供电方式
所谓N+1，实际就是1台冗余与N台工作，而M+N即为N台冗余与M台工作；针对此种冗余供电方式来讲，实际是由≥2台功率、型号相同的UPS，于输出端以并联的方式相连接，从而建立的UPS冗余供电系统。此系统借助控制、通信功能，于正常状态下，全部UPS均输出供电，以此实现相位、频率、电压等的同步（锁相同步）；另外，还需要指出的是，各台UPS所对应的逆变器，对负载进行平均分割；如果某台UPS发生故障，那么此时，该台UPS便会自动脱机于并联系统，而其它UPS会维持锁相同步状态，而且还会对所有负载进行重新分割。依据负载在可靠性方面的具体要求，此方式能够实现N+1（或M+N）的冗余配置，而且还更为灵活与简便；当系统处于正常工作状态下，全部UPS的负载会全部被平均；当发生单台UPS脱机故障时，整个系统由于整体为冗余设计，不会对负载供电造成影响；除了能借助并机UPS数的增加，来扩充系统之外，还能有目的性、针对性的将并机的UPS退出，以此来进行维护，因而有着比较高的可维护性。
4.双总线供电方式（2N容错供电方式）
为了使机房UPS供电系统始终处于稳定、高效且可靠的运行状态，2N系统（由两套处于独立运行状态的UPS系统组成）开始应用于大中型数据中心，该种模式就是当前业内最广泛应用的双总线供电系统（或被称之为2N容错系统）。针对双总线供电方案来讲，其主要由两套完全独立的UPS主机、输入与输出配电屏、蓄电池组等构成，该系统全程双路由，所有负载均采用的是2N容错供电方式（双电源负载）。还需强调的是，此供电方式要求提供两套可以满足系统各项要求的走线路由、组件、模块等。如果其中某一套系统出现故障（模块故障、组件故障等），那么也不会对系统正常、高效运行造成影响。相比于N+1等单系统供电方案，2N容错供电方式主要优点即为能够在系统任意单点处于检修状态或故障状态时，无间断地为IT负载供电；另外，还能在促进供电可靠性的同时，便于开展在线改造、扩容、维护等工作；但不足之处是需要设置两套UPS系统，因而会增加投入的成本。针对2N容错供电方式来讲，其对于那些高保障等级设备比较适用，无论是安全等级为国标A级的数据机房，还是基于T4标准的机房，其均能满足。
5.三总线供电方式（3N供电方式）
在整个双总线供电系统架构当中，三总线系统为其一种特殊的变异形式，即为3N供电模式。如果三套系统当中的一套发生故障，那么另外两套将会承包所有的负荷。需要指出的是，三总线系统实际是对双总线系统当中一些特点的有益集成，而且还能使单条总线的最大安全带载率从之前的50%（双总线系统），升高到66%，但会使诸如负载分配、供电系统等变得越发的复杂，增加了设计难度。
6.结束语
目前，国内数据中心建设热潮仍在涌动，数据中心内部配套电源系统如何去搭建应该根据机房建设需求确定，而不是一味地追求较高的建设级别，因为，较高建设级别虽然保证了较高的可用性及安全性，但也必然导致较高的建设成本。因此，在数据中心机房配套UPS供电方案选取过程中牢牢把握供电安全原则的同时，还应综合考虑经济适用原则。
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