國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心概況 這里講的企業(yè)級數(shù)據(jù)中心是指各企業(yè)或者政府單位根據(jù)自身業(yè)務(wù)需要而建造的自用機(jī)房，它跟以提供服務(wù)器托管為主的IDC（Internet Data Center互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）機(jī)房相比主要區(qū)別在于系統(tǒng)容量偏小﹑不對外公開，但其主要職能仍不外乎存儲﹑計(jì)算﹑應(yīng)用等方面。目前數(shù)據(jù)中心作為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運(yùn)營中越來越被重視，國內(nèi)很多大型企業(yè)、政府部門都在不斷地投入這方面的建設(shè)?？傮w看來，我國的數(shù)據(jù)中心目前具有以下幾個特征： 1．剛剛起步，但增長速度迅猛。 國內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設(shè)最早的是政府部門，這一波主要集中在1999、2000年；在2002、2003年的時候呈現(xiàn)第二波，主要集中在金融和電信企業(yè)；2006年以后，主要集中在地方政府和國內(nèi)傳統(tǒng)的大型企業(yè)。這些企業(yè)單位雖然已規(guī)劃建設(shè)了數(shù)據(jù)中心，但已完全建成的所占比例很小，大部分仍處在建設(shè)過程中，有的處于存儲中心階段，有的處在計(jì)算中心階段。此外，電子商務(wù)和電子政務(wù)的發(fā)展也將促使更多的數(shù)據(jù)中心被建設(shè)。總之，國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心還處在發(fā)展初期，據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，2006年以來，國內(nèi)每年用于建設(shè)數(shù)據(jù)中心的投資已達(dá)到百億元以上，并且未來每年投入的增長率還將在20%以上。 2．系統(tǒng)利用率低。 由于對容量的估算不準(zhǔn)或者初期的負(fù)載量很小，數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)容量跟實(shí)際容量不符。據(jù)調(diào)查顯示，有70%以上的用戶實(shí)際負(fù)載量不足設(shè)計(jì)容量的50%，造成了能源和設(shè)備的很大浪費(fèi)。 3．基礎(chǔ)設(shè)施不夠匹配，整個系統(tǒng)的可用度不高。 在系統(tǒng)可用度方面，金融﹑電信和政府部門做得相對比較好，能達(dá)到99.99%或者99.999%以上，其它的企業(yè)宕機(jī)時間就會長一些。這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)整個系統(tǒng)時，只加強(qiáng)了個別環(huán)節(jié)的可靠冗余，忽視了一些單點(diǎn)故障點(diǎn)的存在。當(dāng)某個數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)可用度在99.9%時，其年度宕機(jī)時間將達(dá)到9個小時。 4．維護(hù)和管理能力有待加強(qiáng)。 由于國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心發(fā)展還處在初期階段，有能力﹑有經(jīng)驗(yàn)的維護(hù)人員還比較缺少。管理人員缺乏對系統(tǒng)全面﹑科學(xué)的管理，對災(zāi)難備份重視不夠，導(dǎo)致大部分的系統(tǒng)故障都是人為原因造成的。 企業(yè)級數(shù)據(jù)中心對UPS電源系統(tǒng)的一般要求 基于服務(wù)器自身工作的特點(diǎn)及其重要性，數(shù)據(jù)中心對電源的要求特別高，一般要用冗余的純在線式UPS系統(tǒng)才能滿足要求。高可用度是對整個UPS電源系統(tǒng)的第一要求，但并不是唯一要求，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展，人們對UPS電源系統(tǒng)的要求也更加全面和合理。從整體角度用發(fā)展的眼光來看，企業(yè)級數(shù)據(jù)中心對UPS電源系統(tǒng)的要求有以下幾個方面： 1．安全可靠，一般要求UPS電源系統(tǒng)的可用度A≥99.999%。“5 個 9”相當(dāng)于每年有5 分鐘的宕機(jī)時間。這個指標(biāo)是非常高的，首先，可用度是在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi)的連續(xù)測量值，它是用總的正常運(yùn)行時間除以總的運(yùn)行時間得出的。A=MTBF/（MTBF+MTTR）， 1 小時的斷電時間會使該電源系統(tǒng)的可用度在 12 年內(nèi)達(dá)不到 5 個 9 的目標(biāo)。其次，在公式中還要考慮系統(tǒng)重新啟動和恢復(fù)的時間。一次 3秒鐘的斷電可能會使服務(wù)器宕機(jī) 30分鐘，不考慮這些影響因素所計(jì)算出的可用度結(jié)果意義不大。再者，這個可用度指的是整個UPS供電系統(tǒng)，不是UPS本身。有些企業(yè)的數(shù)據(jù)中心，UPS的容錯能力很強(qiáng)，可用度很高，但是跟它相連的各級斷路器、變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等環(huán)節(jié)存在多個單點(diǎn)故障點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)就出現(xiàn)了可用度“瓶頸”，可用度不高的環(huán)節(jié)始終會妨礙整個電源系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的可用度。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，全國數(shù)據(jù)中心的UPS供電系統(tǒng)，有超過70%的故障跟UPS本身無關(guān)，而是跟配電系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)或其它設(shè)備的質(zhì)量、安裝、操作、維護(hù)等問題有關(guān)，或者由于這些問題導(dǎo)致了UPS誤動作或者故障?？梢姡琔PS設(shè)備僅僅是涉及整個供電系統(tǒng)可用度問題的因素之一，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的可靠均衡對于獲得整個UPS電源系統(tǒng)的最佳可用度來說是至關(guān)重要的。 2．可提供雙路電源，以滿足雙電源服務(wù)器的需求。目前市場上的服務(wù)器一般都要求雙電源輸入，任何一路電源出錯都不影響服務(wù)器的正常工作，從而使服務(wù)器對電源問題的容錯能力大幅提升。 3．UPS電源系統(tǒng)可陸續(xù)擴(kuò)容，并且擴(kuò)容過程中不能影響負(fù)載的正常運(yùn)行，以滿足服務(wù)器不斷擴(kuò)容和不可中斷的需求。這樣既能有效節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)初期的投資費(fèi)用，又能使UPS在整個數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中始終保持在安全而又高效的工作狀態(tài)下，提高了系統(tǒng)性價比。 4．系統(tǒng)零地電壓要低，一般不高于1V,以確保服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，免受干擾。系統(tǒng)中零地電壓過高的原因有：電網(wǎng)進(jìn)線本身的零地電壓就偏高，系統(tǒng)接地系統(tǒng)不符合標(biāo)準(zhǔn)，或者系統(tǒng)中諧波電流大﹑地線長﹑線徑小等。UPS本身并不會降低零地電壓，降低零地電壓要通過改善配電系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 5．綠色環(huán)保，節(jié)能降耗，順應(yīng)時代潮流。在能源緊缺﹑重視環(huán)保的今天，綠色﹑節(jié)能的電源系統(tǒng)備受關(guān)注，有的企業(yè)已將節(jié)能做了量化規(guī)定，作為企業(yè)每年必須完成的硬性指標(biāo)去執(zhí)行。UPS在綠色﹑節(jié)能方面的表現(xiàn)主要體現(xiàn)在輸入功率因數(shù)﹑輸入電流諧波以及整機(jī)效率等方面。表現(xiàn)好的UPS可以減少設(shè)備對電網(wǎng)或者油機(jī)的干擾，也可以節(jié)省電費(fèi)，降低運(yùn)營成本。 6．UPS供電系統(tǒng)應(yīng)維護(hù)方便，便于管理。這樣不但可以節(jié)省系統(tǒng)的維護(hù)成本，更為重要的是可以盡量避免因人為維護(hù)或者管理不當(dāng)而引發(fā)的系統(tǒng)故障。 為了滿足上述要求，必須選用合適的UPS產(chǎn)品，制定合理的UPS供電方案。下面以臺達(dá)C系列UPS為例加以介紹。 臺達(dá)C系列UPS在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用 臺達(dá)C系列UPS是一款基于DSP控制技術(shù)的模塊化UPS，每個模塊容量為20KVA。該機(jī)體積小、重量輕，輸入電壓范圍寬，過載能力強(qiáng)，同時具有高輸入功率因數(shù)（>0.99）,低輸入電流諧波（<3%）,高整機(jī)效率（>94%）等特性，并且這些特性在30%左右的負(fù)載時就能達(dá)到，是一款名副其實(shí)的綠色環(huán)保型UPS。 臺達(dá)C系列UPS可并可串，能夠?qū)崿F(xiàn)多種電源組合方案，這里介紹一種臺達(dá)C系列UPS在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用方案。 該方案的系統(tǒng)示意圖如下： 該方案采用一路市電，一路油機(jī)通過ATS轉(zhuǎn)換后給UPS供電。兩臺UPS的主輸入和旁路輸入都分別由輸入配電柜內(nèi)的不同開關(guān)引入。主機(jī)采用臺達(dá)C系列模塊化UPS，可根據(jù)負(fù)載需要陸續(xù)擴(kuò)容，始終保持各機(jī)單獨(dú)帶載時模塊還是N+1冗余的。每臺UPS至少配置兩組蓄電池，每組蓄電池都有自己的開關(guān)。UPS輸出側(cè)可根據(jù)零地電壓的高低決定是否增加隔離變壓器，如須增加隔離變壓器，則該變壓器采用H級絕緣等級的，并且配上旁路開關(guān)。兩臺UPS的輸出分別接到兩個配電箱內(nèi)，雙電源設(shè)備直接從兩個配電箱內(nèi)取電；單電源設(shè)備分別從UPS1或者UPS2的輸出配電箱內(nèi)取電，實(shí)現(xiàn)正常情況下兩臺UPS的負(fù)載均分，單電源設(shè)備上游的配線和空開也采用冗余配置。 下面根據(jù)數(shù)據(jù)中心對UPS電源系統(tǒng)的幾項(xiàng)要求談?wù)勗摲桨傅暮侠硇裕? 一．系統(tǒng)簡單實(shí)用、安全可靠 1. 按照安全級別要求，數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有雙路電源輸入，但是并不是每個企業(yè)單位都具備這個條件，就算向電力局申請到了雙電源，也需要花費(fèi)巨資架線、安裝變壓器等，并且還不能保證兩路交流電的總源頭不是一個，就算總源頭不是一個，也不能保證這兩路市電不會同時斷開。也就是說花費(fèi)了人力﹑財力，最終還不一定能達(dá)到目的，所以不如自己備一臺油機(jī)，平時不用，一旦市電停了再去開啟都來得及，因?yàn)閁PS還有電池在放電。由于兩臺UPS的輸入始終是同一路電，彼此間不需要安裝任何裝置就能保證它們的相位一致，這樣有三方面的好處:一是有效節(jié)省購買系統(tǒng)同步追蹤器（LBS）的投資；二是排除系統(tǒng)同步追蹤器（LBS）的單點(diǎn)故障點(diǎn)；三是兩臺UPS是彼此獨(dú)立的，沒有相互關(guān)聯(lián)，任何一臺故障都不會影響到另外一臺，從而提高了系統(tǒng)的可用度. 2．每臺UPS的主輸入和旁路輸入都有其獨(dú)立的開關(guān)，萬一主回路有問題使開關(guān)跳脫了，UPS還可以轉(zhuǎn)電池，電池有問題還可以轉(zhuǎn)旁路，不會造成UPS的輸出端停電。 3.臺達(dá)C系列UPS單機(jī)系統(tǒng)的可用度A≥99.9998%，已能滿足大型數(shù)據(jù)機(jī)房的要求，兩臺機(jī)器組成雙母線后，彼此沒有任何控制關(guān)聯(lián)，各自的可用度不受影響，而由這兩臺UPS組成的冗余式雙電源系統(tǒng)的可用度將呈數(shù)量級的增長。 4．每臺UPS至少配兩組電池，每組電池都有各自的開關(guān)，這樣任何一組電池壞了都可以實(shí)現(xiàn)在線更換，并且不會造成系統(tǒng)宕機(jī)，因?yàn)閁PS都還有另外的一組電池可用。 5．更為重要的是，臺達(dá)C系列UPS是模塊化UPS,跟傳統(tǒng)的大型工頻UPS相比，其維修要方便快捷的多，平均維修時間MTTR不到傳統(tǒng)工頻UPS的五分之一。由于UPS電源系統(tǒng)的可用度 A=MTBF/（MTBF+MTTR），所以MTTR是影響電源系統(tǒng)可用度的一個很關(guān)鍵因素。事實(shí)證明，通過提高平均無故障時間MTBF來提高系統(tǒng)可用度A是非常困難的，而通過縮短平均維修時間MTTR來提高系統(tǒng)可用度A，其效果則是非常明顯的，并且在一定程度上也是可控的。 二．提供雙路電源輸出，滿足各服務(wù)器需求 該方案中，UPS系統(tǒng)的輸出電源為雙路，分別接到兩個配電箱內(nèi)，雙電源設(shè)備直接從兩個配電箱內(nèi)取電；單電源設(shè)備分別從UPS1或者UPS2的輸出配電箱內(nèi)取電，實(shí)現(xiàn)正常情況下兩臺UPS的負(fù)載均分。目前市場上的服務(wù)器多數(shù)都是雙電源的，單電源的已很少，數(shù)據(jù)中心用的單電源服務(wù)器多數(shù)應(yīng)是以前留下來的。這里不主張?jiān)趩坞娫捶?wù)器前邊加裝STS，因?yàn)閱闻_模塊化UPS已經(jīng)具備了N+X冗余功能，可用度A達(dá)到了99.9998%以上，已能滿足數(shù)據(jù)機(jī)房對電源的要求，加裝STS后就等于增加了一個單點(diǎn)故障點(diǎn)，它的故障將給數(shù)據(jù)中心帶來災(zāi)難，國內(nèi)已不乏這樣的案例。對于雙電源服務(wù)器，其上游的配線和空開已經(jīng)做到了冗余備份，對于單電源服務(wù)器，這里對其上游的配線和空開也進(jìn)行冗余配置，這對實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的可靠均衡，獲得整個系統(tǒng)的最佳可用度來說是非常重要的。此外，對于國標(biāo)要求的“電源設(shè)備應(yīng)靠近主機(jī)房設(shè)備”﹑“電源應(yīng)采用地下電纜進(jìn)線”﹑“配電線路宜采用銅芯屏蔽導(dǎo)線或銅芯屏蔽電纜”等內(nèi)容，本方案也都符合。 三．可陸續(xù)擴(kuò)容﹑節(jié)省系統(tǒng)首次投資 UPS電源系統(tǒng)可陸續(xù)擴(kuò)容，這是模塊化UPS的一大優(yōu)勢。在企業(yè)數(shù)據(jù)中心建造之初，由于負(fù)載很輕，可以少放幾個模塊。例如負(fù)載容量為40KVA,每臺UPS可以放三個模塊，形成由兩臺60KVA UPS組成的雙母線系統(tǒng)，同時每臺UPS又是并聯(lián)冗余的模塊系統(tǒng)。正常運(yùn)行時，每個模塊的帶載量約為33%，每臺UPS中的任意兩個模塊故障都不會對負(fù)載產(chǎn)生影響；整個系統(tǒng)的6個模塊中，任意4個模塊同時故障都不會對雙電源負(fù)載產(chǎn)生影響。當(dāng)負(fù)載容量需要由現(xiàn)在的40KVA擴(kuò)充為60KVA時,可以給每臺UPS增加1個模塊，形成由兩臺80KVA UPS組成的雙母線系統(tǒng)。正常運(yùn)行時，每個模塊的帶載量約為37.5%,可允許每臺UPS中的任何兩個模塊故障，就算其中一臺UPS完全故障了，所有雙電源負(fù)載及部分單電源負(fù)載都不會受到影響，另一臺UPS至少還有1個模塊是冗余的。隨著負(fù)載量的增加，各UPS模塊在正常運(yùn)行時所帶的負(fù)載量會越來越接近于50%。 臺達(dá)C系列UPS的這種配置方案，可以不預(yù)留過多的裕量，當(dāng)負(fù)載功率增加時再陸續(xù)擴(kuò)容，這樣可以將一次巨額投資化解為陸續(xù)投資，并且使UPS系統(tǒng)一直維持在一個相對較高的負(fù)載百分比下。臺達(dá)C系列UPS在負(fù)載量達(dá)到30%時，整機(jī)效率就可達(dá)到94%以上，單個模塊的效率達(dá)到95%以上，極大地節(jié)省了電能。 傳統(tǒng)的大型工頻UPS體積龐大，擴(kuò)容時相應(yīng)的空開﹑電纜﹑電池﹑空間等都要相匹配，很難實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容。所以在開始設(shè)計(jì)和建造數(shù)據(jù)中心時，往往就對以后幾年的負(fù)載量進(jìn)行了預(yù)估，將UPS設(shè)備一步到位。這樣一開始就要投入一筆巨額資金，并且在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行初期，各UPS的負(fù)載量可能還不到其額定容量的10%，相應(yīng)的設(shè)備效率也不會超過50%，造成資源的極大浪費(fèi)。 數(shù)據(jù)中心的實(shí)際需要容量跟不同UPS系統(tǒng)可用的安裝配置容量的關(guān)系可用下圖來表示： 四．依據(jù)需要改善系統(tǒng)零地電壓 有些服務(wù)器廠家對電源的零地電壓要求比較高，必須小于1V才肯開機(jī)，當(dāng)UPS輸出端的零地電壓較高時，往往寄希望于UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行改善，雖然不是UPS自身問題造成的。在本方案中，根據(jù)需要可在每臺UPS的輸出端加裝一臺H絕緣等級的隔離變壓器，并在其次級將零地短接，確保零地電壓小于1V,保證各服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行。H等級是變壓器的最高絕緣級別，在攝氏120度溫度下變壓器還可以正常運(yùn)行。該變壓器的可靠性是非常高的，為了以防萬一，本方案在每臺變壓器的旁邊又增加了維護(hù)旁路。 五．綠色環(huán)保、節(jié)能降耗 臺達(dá)C系列UPS是一款典型的綠色環(huán)保型UPS。體積小、重量輕，可以大大節(jié)省寶貴的機(jī)房空間；效率高，可以有效節(jié)省自身耗電，同時也減小了對機(jī)房空調(diào)容量的要求；諧波小，可以減少設(shè)備對電網(wǎng)的干擾，使掛在電網(wǎng)上的其它設(shè)備免受影響，當(dāng)UPS跟油機(jī)配合使用時，還可以大大降低對油機(jī)容量的要求。傳統(tǒng)的6脈沖整流UPS，要求油機(jī)容量為UPS容量的2.5～3倍；12脈沖整流的UPS，要求油機(jī)容量為UPS容量的1.5～2倍；采用臺達(dá)C系列UPS，要求油機(jī)容量僅為UPS容量的1.1～1.3倍。 同時，該方案還使UPS的設(shè)備利用率提高，在保證系統(tǒng)安全可靠的前提下，有效地減少了多余容量。 六．智能化監(jiān)控、人性化管理 臺達(dá)C系列UPS具有專業(yè)、全面的電池組管理功能。機(jī)體標(biāo)配RS232、8組可規(guī)劃的智能化輸入輸出干結(jié)點(diǎn)、兩組獨(dú)立的智能插槽等接口，可以選配SNMP/ MODBUS/ RELAY/ USB…等適配卡，通過電話網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對UPS的遠(yuǎn)端監(jiān)控。臺達(dá)UPS具有功能強(qiáng)大的人性化軟件操作平臺，客戶可通過該軟件實(shí)現(xiàn)對臺達(dá)所有UPS機(jī)型的集中監(jiān)控，也可以通過通信協(xié)議將臺達(dá)UPS并入既有的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對它們的監(jiān)管。此外，大型的LCD人機(jī)界面可以全中文顯示UPS的各種運(yùn)行狀態(tài)，多達(dá)500項(xiàng)的事件紀(jì)錄、近遠(yuǎn)端緊急關(guān)機(jī)鍵等功能為UPS的故障判斷及緊急情況的處理提供了方便。 臺達(dá)工程技術(shù)人員負(fù)責(zé)對每個數(shù)據(jù)中心的電源維護(hù)人員提供系統(tǒng)﹑詳細(xì)的培訓(xùn)，包括系統(tǒng)工作原理﹑操作程序﹑維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)﹑緊急情況處理等內(nèi)容。操作及管理人員的技術(shù)熟練程度可以在很大程度上幫助提高系統(tǒng)的可用度。臺達(dá)的專業(yè)工程師還可以提供定期巡檢，協(xié)助及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的一些潛在威脅，防患于未然。 服務(wù)的重要性 數(shù)據(jù)中心對電源系統(tǒng)的要求非常高，為了提高該系統(tǒng)的可用度，人們設(shè)計(jì)出了各式各樣的方案，然而，再可靠的方案，再好的設(shè)備總會有故障的時候，能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)提供安全保障的最終王牌還是廠商的服務(wù)。 中達(dá)電通早就認(rèn)識到了這一點(diǎn)，一直把服務(wù)同銷售放到了同等重要的地位，以“提供品質(zhì)卓越的不間斷電源產(chǎn)品和令客戶百分之百滿意的服務(wù)”為宗旨，在銷售臺達(dá)UPS的同時，也把周到快捷的售前、售中、售后服務(wù)送到了客戶身邊。 多年來，中達(dá)電通的服務(wù)已形成一個龐大、完善的體系?？蛻魺峋€7＊24小時開通；CS系統(tǒng)對每臺UPS的安裝地點(diǎn)、安裝日期、維修及巡檢紀(jì)錄都有明確的記錄；對服務(wù)工程師采取嚴(yán)格的培訓(xùn)和認(rèn)證；兩百多名專業(yè)的工程師分布在全國34個分支機(jī)構(gòu)和服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)；每個服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)都有充足的備品備件；對銷售的產(chǎn)品采取保內(nèi)免費(fèi)、終生服務(wù)的政策；緊急情況下還可開啟迅速、快捷的綠色服務(wù)通道?？傊?，臺達(dá)的服務(wù)會令所有用戶高枕無憂。 總結(jié) 隨著時代的進(jìn)步，人們對數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的要求不斷發(fā)生變化?？偟内厔菔牵喊踩煽咳允亲钪匾?，擴(kuò)容方便、配置靈活的中小型系統(tǒng)將逐步取代一步到位的復(fù)雜的大系統(tǒng)，環(huán)保高效的高頻UPS將逐步取代笨重龐大的工頻UPS，人性化的軟件監(jiān)控系統(tǒng)越來越被歡迎，對廠商的服務(wù)要求越來越高。本文介紹的模塊化UPS在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用案例，滿足了數(shù)據(jù)中心對UPS系統(tǒng)的各項(xiàng)具體要求，同時也有效避開了國內(nèi)數(shù)據(jù)中心目前所存在的幾個問題。