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數據中心供電系統解決方案優缺點
  • UPS作為數據中心正常運行的保護神,其設計和選型對數據中心供電系統的建設都具有核心意義,在當前的數據中心使用中,直接并機和2N的供電方案使用的最為普遍。
  • UPS作為數據中心正常運行的保護神,其設計和選型對數據中心供電系統的建設都具有核心意義,在當前的數據中心使用中,直接并機和2N的供電方案使用的最為普遍。單機工作供電方案、熱備份串聯供電方案、直接并機供電方案、模塊并聯供電方案和雙母線(2N)供電方案這五種供電方式是UPS應用中常見的。
      
      1、單機工作供電方案
      
      單機工作供電方案是UPS供電方案中結構最為簡單的一種,就是單臺UPS輸出直接接入用電負荷。
      
      該方案一般用于小型網絡、單獨服務器、辦公區等場合;系統由UPS主機和電池系統組成,不需要專門的配電設計和工程施工,安裝快捷;缺點是可靠性較低。
      
      2、熱備份串聯供電方案
      
      串聯備份技術是一種較早期、簡單而成熟的技術,它被廣泛地應用于各個領域。UP串聯備份的定義是:備份UPS的逆變器輸出只見誒接到主機的旁路輸出端,在運行中,一旦主機逆變器出現故障,能夠快速切換到旁路,有備機的逆變器輸出供電,保證負載不停電。
      
      在各種UPS技術資料中,串聯備份的英文是SeriesConfigurationIsolatedRedundant.串聯也稱熱備份,簡稱串聯。UPS串聯的特點是,兩臺UPS均為完整的具有獨立旁路的在線式UPS單機。兩臺USP除了電源線的連外線,不需要其他信號的連接。在正常情況下,主機100%地給負載供電,從機的負載為零。
      
      組成串聯系統的UPS必須具有如下技術條件:使用在線式UPS電源時,逆變器才能保持與旁路的同步;USP具有整流器和旁路雙重輸入端;USP能夠承受100%的負載跳變。
      
      方案優點:結構簡單、安裝方便;價格便宜,不同公司、不同功率的USP可串聯。
      
      方案缺點:不中斷負載用電的擴容必須帶電操作,十分危險;主從機老化狀態不一致,從機電池壽命降低;當負載有短路故障時,從機逆變容易損壞。
      
      3、直接并機供電方案
      
      直接并機供電方案是將多臺同型號、同功率的UPS通過并機柜、并機模塊或并機板把輸出端并接而成。目的是共同分擔負載功率?;驹硎牵涸谡G闆r下,多臺UPS均有逆變器輸出,評分負載和電流,當一臺UPS故障時,由剩下的UPS承擔全部負載。并聯冗余的本質,是UPS均分負載。實現組網形式多有N+1或者M+N.實現并聯冗余的前提是必須要解決以下技術問題:
      
      (1)UPS逆變器輸出波形保持同相位、同頻率。
      
      (2)UPS逆變器輸出電壓一致。
      
      (3)UPS必須均分負載。
      
      (4)USP故障時能快速脫機。
      
      方案優點:多臺UPS均分負載,可靠性大大提高;擴容相對以前方案方便很多;正常運行均分負載,系統壽命和可維護性大大提高。
      
      方案缺點:控制負載;成本增加;在并機輸出側依然存在單點故障。
      
      4、模塊化并聯供電方案
      
      模塊并聯方案實質上就是直接并機供電的解決方案的一種,只不過其具體的實現方式和傳統的直接并機供電方案有所不同:模塊化UPS包括機架、可并聯功率模塊、可并聯電池模塊、充電模塊等。
      
      模塊并聯供電方案的特點:
      
      (1)由機架、UPS功率模塊、電池模塊、配電系統組成。
      
      (2)功率模塊配置為N+1冗余,減少了維護時間。
      
      (3)公用輸入、輸出、并聯的電池系統、控制系統。
      
      其優點具體表現在可動態擴容、維修時間為零。
      
      5、雙母線(2N)供電方案
      
      早期應用于數據中心的UPS供電方案輸出的配電系統包括開關跳閘、保險燒毀、電路短路等供電回路故障往往在很大程度上影響UPS系統能夠供配電的可靠性。為保證機房UPS供電系統能夠可靠性,2N2(N+1)的系統開始在中、大型數據中心中得到了規模應用,在業界經常也被稱為雙總線或者雙母線供電系統。
      
      2N供電方案由兩套獨立工作的UPS、負載母線同步跟蹤控制器(LBS)、一臺到多臺靜態切換開關系統、輸入、輸出配電屏組成。
      
      該方案的特點是:
      
      (1)考慮到系統實現的成本,數據中心的負載被分為兩類:單電源/三電源負載、雙電源負載。正常工作時,兩套母線系統共同負荷所有的雙電源負載;通過STS的設置,各自負荷一半的關鍵的單電源負載。因此,正常工作時,兩套母線系統會各自帶有50%的負載。
      
      (2)將其中的一套單機系統能夠作為雙總線系統的一根輸出母線,另外一套單機系統作為雙總線的另一根輸出母線,將兩套母線系統輸出通過同步跟控制器同步起來。
      
      負載母線同步跟蹤控制器(LBS)用于雙總線UPS系統中,用來保證兩套UPS輸出系統的同步。例如,先設定任意一套UPS并機系統為主機,LBS同時監控兩條母線上的UPS輸出頻率及相位。一旦發現他們超出同步跟蹤范圍時,LBS激活,內部控制對預先定義為MasterUPS繼續跟蹤市電,另一條母線上的UPS將通過LBS的控制,對Master進行跟蹤,從而實現兩套系統同步。
      
      (3)即使是一套系統完全時效或者需要檢修,雙電源負載因為有一根輸出母線仍然有電,所以會繼續正常工作;而關鍵的單電源負載會通過STS零切換到另外一根輸出母線,也會正常工作
      
      靜態切換開關系統(STS)在為單路電源負載供電奇幻時使用,單電源負載接在STS輸出端上,STS兩個輸入端分別接在輸入電源1和輸入電源2,當其中一個系統供電母線上的任何設備或電纜發生故障或需要維護時,其負載可經轉換時間1/4周波的靜態轉換開關切換至另一個系統供電。
      
      (4)區別于以前的供電方案,系統的備份首先帶來的是負載用電的可靠性的顯著提升。除此之外,該方案具有優秀的開放性和良好的前瞻性,系統以后的擴容升級和維護也十分方便。因為在任何時候均可將其中的一套系統完全下電進行處理以解決維護或者擴容問題。
      
      雙總線系統真正實現了系統的在線維護、在線擴容、在線升級;提供了更大的配電靈活性,滿足了服務器的雙電源輸入要求;解決了供電回路中的單點故障問題;做到了點對點的冗余;極大地增加了整個系統的可靠安全性;提高了輸出電源供電系統的容錯能力。
      
      (5)該方案的建設成本相對較高,在實際建設的過程中,需要注意可靠性和經濟性的適當權衡。

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