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IDC機房用UPS冗余供電系統(tǒng)的配置和設計

作者: 時間:2011-03-16 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:衡量水平高低的重要標志之一是,不但要看它的冗余是否具有高可靠性、高抗干擾性、高抗自然災害的能力及易“可管理性”,還要看它能否為設備獲得100%的高“可利用率”,創(chuàng)造出優(yōu)良的電源運行環(huán)境。

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/179468.htm

關鍵詞:互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心;多媒體數(shù)據(jù)中心;不間斷電源冗余


1選配具有優(yōu)異“容錯”功能的冗余

眾所周知,互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心()和多媒體數(shù)據(jù)中心(MDC)是高速互聯(lián)網(wǎng)的調控中心。用戶對它們所承擔的對信息資源(數(shù)據(jù)、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(lián)網(wǎng)的安全運行和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營帶來無法估量的損失。嚴重時,甚至會造成社會和經(jīng)濟生活的嚴重癱瘓。因此,IDC必須向用戶提供365×24h連續(xù)不斷的高速、安全和可靠的信息資源增值服務。為達此目的,從原則上講,承擔著向IDC供電任務的整個電源系統(tǒng)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(wǎng)出故障時或是在某臺“雙變換、在線式電源的逆變器發(fā)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(lián)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(fā)電機組經(jīng)UPS的交流旁路來供電的狀態(tài)。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(wěn)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,在整個中,不應存在單點“瓶頸”故障隱患。為此,應盡可能地具有高度“容錯”功能的UPS冗余供電系統(tǒng)。也就是說,在這種UPS供電系統(tǒng)的運行中,即使遇到某些“部件”偶然發(fā)生“故障”時,整個UPS供電系統(tǒng)必須仍能正常工作。

根據(jù)當今UPS產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)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(tǒng)為宜。它是由如下幾部分供電系統(tǒng)所構成的。

11“雙總線輸入”冗余式的輸入電源供電系統(tǒng)

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


電機組+“自動切換控制柜+輸入配電柜。自動切換控制系統(tǒng)時刻監(jiān)視著各種輸入電源的實時運行狀態(tài),并確??偸菍⑵渲凶羁煽康囊宦冯娫此偷経PS的輸入端。對于某些重要的IDC而言,其“應急發(fā)電機”電源實際上是一套由多臺柴油發(fā)電機+發(fā)電機并機控制柜所組成的冗余式發(fā)電機供電系統(tǒng)。為確保后接的“N+1”型UPS冗余供電系統(tǒng)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(tǒng)中的各種設備之間的“技術兼容性”和“切換參數(shù)”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(shù)”設置不當,就有可能造成后接的UPS供電系統(tǒng)“出故障”或出現(xiàn)對用戶負載的瞬間“供電中斷”的故障隱患??膳e例說明此事。 1)由于某用戶的“1+1”型UPS并機系統(tǒng)的輸入供電系統(tǒng)的設計欠妥,在長達數(shù)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(xiàn)“瞬間跳閘”故障時,引起UPS中的電池組也發(fā)生“爆炸起火”故障;

2)由于所選配的“1+1”型并機系統(tǒng)存在設計缺陷(價格低),某用戶的“1+1”型UPS冗余并機系統(tǒng),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(wǎng)上有人在作市電供電與備用發(fā)電機供電“互投切換”操作時,就會出現(xiàn)如下故障現(xiàn)象:

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

——整套“1+1”UPS并機系統(tǒng)出現(xiàn)2~6s左右的“短暫停機”故障現(xiàn)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(tǒng)上,從而達到節(jié)省投資的目的。

12高可靠性的“N+1”型UPS冗余供電系統(tǒng)

要想讓互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)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(chǎn)品的可靠性的要求是非??量痰?。這是因為對于可靠性僅達99.999%的UPS產(chǎn)品來說,它在一年中可能造成的互聯(lián)網(wǎng)的停機時間長達316s,即使將UPS產(chǎn)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(fā)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(shù)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(wǎng)控操作系統(tǒng)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(xù)不間斷的運行特性,絕不是當今的UPS產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品。然而,還制造不出“故障率為零”的UPS產(chǎn)品。在當今的技術條件下,采用“N+1”型UPS冗余并機供電系統(tǒng)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(xiàn)在各種UPS單機之間的“環(huán)流”等于零),將“N+1”臺具有相同輸出功率的UPS單機置于并聯(lián)輸出狀態(tài)來運行的供電系統(tǒng)。

為使UPS并機供電系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)生故障的那臺UPS通過執(zhí)行“選擇性跳閘”操作而自動脫機,此時,由剩下的N臺UPS繼續(xù)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(tǒng)中的UPS單機數(shù)量的增加,它不但會造成整套UPS冗余并機供電系統(tǒng)的可靠性逐漸地下降,而且還會導致整套UPS冗余并機系統(tǒng)的“輸出功率的余量”也逐漸地減小(這意味著:UPS并機系統(tǒng)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(tǒng)。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(tǒng)的可靠性并機方案1+12+13+14+15+16+1
系統(tǒng)輸出功率“余量”/%1005033252016
系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的可靠性得到明顯的改善。然而,過份地增多單機的數(shù)量會造成并機系統(tǒng)可靠性的“巨大犧牲”,而且“6+1”型并機系統(tǒng)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(tǒng)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


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