数据中心建设中UPS设备选型要点

数据中心建设中UPS设备选型要点

李飚

（杰创智能科技股份有限公司广东广州510663）

摘要：数据中心作为信息系统的建筑物，有其特殊性和特殊要求。文章结合其实际应用，从建设规划、UPS选型、电池组配备等多方面综合考虑，以使其符合安全、节能、环保等特点，保障数据中心系统准确、高速地传播信息。

关键词：数据中心；配电；UPS

引言

随着计算机系统技术和设备的不断更新换代，数据中心建设也在不断地推陈出新，它不但要能够保证数据中心的温度、湿度、洁净度、照度、防静电、防干扰、防震动、防雷电，而且要充分满足计算机设备的安全可靠地运行，延长计算机系统的使用寿命。如何为计算机创造一个良好的环境，以保证极其重要的数据、资料等各类信息的安全性、可靠性、连续性，防止发生灾难性的事故，数据中心的UPS设备设计成为必须着重考虑的一个环节。

UPS系统是数据中心建设中一个非常重要的子系统，它的设计应严格按照规范标准的要求进行。同时，系统设计应具有一定的前瞻性，即应有一定的冗余性，以满足将来系统扩展之需。配电系统的可靠性除了要严格按照规范标准设计之外，采用双电源供电、UPS供电和高质量的电气设备也是保证系统可靠的非常重要的手段。

数据中心用电均采用TN-S系统供电，供电电源质量满足规范要求。

1数据中心电气特点

1）负荷级别高

数据中心共有以下三种电气负荷：

网络设备用电负荷：包括小型机、存储设备、各种服务器、各种网络设备、工作站、智能化系统用电等；

动力设备用电负荷：包括精密空调、普通空调、全热交换新风机、维修插座用电等；

照明设备用电负荷：包括一般照明、备用照明以及疏散照明。

根据国标《供配电系统设计规范》及本项目需求，以上三种负荷类型均为一级重要负荷类型，其中数据中心网络设备用电属于一级负荷中特别重要负荷。

2）非线性负载多

数据中心内的非线性负载多，它所产生的谐波电流影响到所在建筑的功率因数，影响大楼变压器和柴油发电机的输出功率。

数据中心电气系统的设计，应注意其固有的电气特点，设计规划不仅仅要能满足建设单位使用需求，而且要顾及后期扩容的需要。

2UPS配电结构

常见的UPS配电结构有以下几种：

单机工作方式

热备份串连供电方式

N+1并机供电方式

双总线交流供电方式

1）单机工作方式

单机工作方式是UPS工作中最简单的一种，由于只有一台UPS供电，因此安全性、可靠性较差，一般用于小型的非重要系统中。

2）热备份串连供电方式

热备份串连供电方式是指按照不同业务，分别采用多组UPS分别给负载供电。同类业务的负载集中由一组UPS进行供电，每一组UPS由一台主机和一台从机组成，从机串接在主机旁路中。主机工作时，从机不承担负载。

3）N+1并机供电方式

N+1并机供电方式就是全部交流负载集中供电，由各台UPS平均分担，各台UPS的旁路和输出分别并接在一起，主路可以采用不同的输入交流电。

4）双总线交流供电方式

双总线交流供电方式，它设置了2套（N+1）UPS电源，双电源负载由这2套UPS电源分别独立供电，单电源负荷则由这2套UPS电源输出经静态转换开关（STS，转换时间为0～4ms）后供电。这样不管是双电源负载，还是单电源负载，都是由2路独立的UPS电源进行供电，从而彻底解决了UPS输出端与最终用户负载端之间的可能存在的单点输出故障隐患，大大提高了输出电源供电系统的“容错”可靠性。

数据中心内的网络设备担负着大量业务系统数据实时处理和传输的重任，它对供电电源的可靠性与供电质量有着很高的要求，是一级负荷中特别重要负荷。采用双总线交流供电方式，这种供电方式从前端UPS输入配电柜、UPS电源、UPS输出配电柜、电源列头柜直至末端用电设备完全冗余，不存在单点故障，可靠性为99.99999%。

3UPS电源选型

目前市面上常见的UPS类型有两种：模块化UPS以及工频机，模块化UPS与传统的工频机相比具有如下优势：

1）可靠性

传统的工频机采用多台UPS主机备份，系统投资造价高，而且单台UPS主机故障后，需整套搬离维修，故障修复时间长。而模块化UPS系统采用多个功率模块备份方式，只有当所有的功率模块同时出现故障时，系统才无法正常工作。各功率模块均采用热插拔技术，大大缩短平均故障修复时间。

2）扩容性

模块化UPS可以使供电系统的功率容量始终保持与IT设备的实际负荷相一致，系统运行效率高。传统的工频机为了满足未来的IT设备供电需求，需要在数据中心建设初期购买大容量的UPS。而在运行初期，IT设备负荷远低于UPS所能提供的容量，UPS处于低载运行状态，系统效率低，能耗高，大大增加了数据中心运行营运成本。

3）维护管理

传统UPS主机在日常维护、设备维修期间均要切换到旁路工作模式，如果在此期间发生电源故障，势必造成供电中断。而模块化UPS采用热插拔技术，可以任意在线投入或者退出功率模块，无线停电操作，实现并机系统的在线维护。

鉴于以上分析，并考虑到本项目IT设备不会一次性购齐，而采用逐步添置的方法，采用模块化UPS适合分期建设要求，根据网络用电负荷的计算，每条供电总线上分别设置2套模块化UPS，最终构成2（N+1）供电系统，为IT负载提供最安全的保障。

4UPS电池配置

常规情况电池后备时间为半小时。UPS后备电池主要是满足市电故障，而柴油发电机未投入运行这段时间对IT设备的供电。若大楼已设有柴油发电机组，我司建议将电池后备时间缩短为15分钟，不仅降低数据中心建设投资，也减少今后电池维护成本。

每条供电总线上的UPS主机采用共用电池组供电技术，即两台或者多台UPS主机同时利用一组或者多组蓄电池。市电正常时，各UPS同时给电池组充电，市电异常或者中断时，各UPS又同时利用电池组的能量逆变成交流电供给负载。

与常规的每台UPS主机均配置各自蓄电池组相比，共享电池组有如下优势：

1）提高电池利用率

对于双总线交流供电模式下的UPS电源系统，在蓄电池供电情况下，主用UPS主机电池会经常放电，而备用UPS主机电池长期不放电，久而久之，备用UPS电池组性能就会大幅度下降。此外当UPS主机因故不能逆变，它所配带的电池组就无法发挥作用（尽管电池本身没有故障）。而共享电池组，就可以很好地解决上述问题。

2）节省工程投资

共享电池组技术可以在不减少UPS电源后备时间的基础上，减少蓄电池数量，这样不仅可以节省蓄电池的投资，相应的电池存放空间、房间装修、空调制冷等方面的投资也会减少。

3）系统扩容方便

对于共享电池组的UPS系统，日后UPS主机扩容，只要现有的蓄电池组能够满足后备时间要求，就不必再新增蓄电池。

参考文献：

[1]杨永伟.数据中心数据中心设计要点的探讨[J].信息与电脑（理论版）.2013（08）

[2]朱利伟.中型数据中心数据中心的规划与设计[J].智能建筑与城市信息.2009（03）