UPS能夠在應(yīng)急突發(fā)情況下，將建筑物的電力源分配到數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載。在每一個數(shù)據(jù)中心的供電保障系統(tǒng)中，UPS都扮演了不可或缺的角色。那么數(shù)據(jù)中心的冗余意味著什么呢？常見的冗余方式又有哪些呢？小編給大家詳細(xì)總結(jié)了如下幾個方面。

一． 數(shù)據(jù)中心容量“N”

1.數(shù)據(jù)中心的冗余

長期以來，許多設(shè)計工程師試圖創(chuàng)建完美的UPS解決方案，以支持關(guān)鍵負(fù)載。設(shè)計的工程師及制造商對于冗余系統(tǒng)有多種名字，例如并聯(lián)冗余、隔離冗余、分布式冗余、熱連接、熱同步、多并聯(lián)母線、系統(tǒng)加系統(tǒng)、捕集系統(tǒng)和隔離并聯(lián)等。這些術(shù)語的問題在于，它們對不同的人有不同的含義，可以用不同的方式解釋，但這些設(shè)計的名稱往往不一定能表明它們在可用性范圍內(nèi)的位置。目前市場上的UPS冗余方式最常用的有四種，包括:

1) 隔離冗余；

2) 并行冗余；

3) 分布式冗余；

4) 雙系統(tǒng)冗余。

下文，我們將會逐一介紹這四種冗余系統(tǒng)。

2.容量“N”的定義

容量“N”系統(tǒng)由單個UPS模塊或一組容量與臨界負(fù)荷匹配的模塊并聯(lián)組成。單一系統(tǒng)是目前UPS行業(yè)中最常見的配置。

圖1：容量為“N”的數(shù)據(jù)機(jī)房供電系統(tǒng)

3.容量“N”的理解

設(shè)計容量為400kw的機(jī)房，無論配備一臺400kw的UPS、還是兩臺200kw的UPS并聯(lián)在一根公共母線上，都是N配置。N配置可以看作是為臨界負(fù)載提供保護(hù)的最低要求。大多數(shù)“N”系統(tǒng)配置，特別是100kw以下的系統(tǒng)，都是安置在建筑物中，并不特別關(guān)心建筑物中整體電氣系統(tǒng)的配置。

二． 常見的四種冗余方式

1.隔離冗余

什么是隔離冗余？隔離冗余有時被稱為“N+1”系統(tǒng)，然而，它與并行冗余配置(也稱為“N+1”)有很大的不同。隔離冗余設(shè)計概念不需要并聯(lián)總線，也不要求模塊必須具有相同的容量，甚至不需要來自同一制造商。在這種配置中，有一個主UPS模塊，通常為負(fù)載供電�！案綦x”或“二級”UPS給主UPS模塊的靜態(tài)旁路供電。這種配置要求主UPS模塊有單獨的靜態(tài)旁路輸入。這是一種為之前的非冗余配置實現(xiàn)冗余的方法，而無需完全替換現(xiàn)有的UPS。

在正常運(yùn)行場景下，主用UPS模塊承載全部臨界負(fù)荷，隔離模塊完全卸載。當(dāng)主模塊負(fù)載轉(zhuǎn)移到靜態(tài)旁路時，隔離模塊將立即接受主模塊的全部負(fù)載。此方式必須仔細(xì)選擇隔離模塊，以確保它能夠如此迅速地承擔(dān)負(fù)載。如果無法快速承載，它本身可能會轉(zhuǎn)移到靜態(tài)旁路，從而破壞這種配置提供的額外保護(hù)。而且通常來說，這種配置帶來的可靠性收益往往被開關(guān)柜和相關(guān)控制的復(fù)雜性所抵消。

圖2：隔離冗余數(shù)據(jù)機(jī)房供電系統(tǒng)

隔離冗余的優(yōu)點：

l 靈活的產(chǎn)品選擇，產(chǎn)品可以與任何品牌或型號混合；

l 提供UPS容錯功能；

l 不需要同步；

l 對于雙UPS系統(tǒng)冗余來說，成本效益相對較高。

隔離冗余的缺點：

l 依賴主模塊靜態(tài)旁路的正確操作，從備用模塊接收電力；

l 要求兩個UPS模塊的靜態(tài)旁路必須正常工作，以提供超過逆變器能力的電流；

l 當(dāng)二次UPS支持多個主UPS配置時，開關(guān)設(shè)備變得復(fù)雜和昂貴；

l 由于二次UPS負(fù)載為0%，運(yùn)行成本較高，需要抽電維持運(yùn)行；

l 兩個模塊系統(tǒng)(一個主要，一個次要)需要至少一個額外的斷路器，以允許在電網(wǎng)和其他UPS之間選擇旁路電源。這比具有公共負(fù)載總線的系統(tǒng)更復(fù)雜，進(jìn)一步增加了人為錯誤的風(fēng)險。

2.并行冗余

什么是并行冗余？并行冗余（同樣也稱為“N+1”配置）允許單個UPS模塊故障，而不需要將關(guān)鍵負(fù)載轉(zhuǎn)移到實用電源。這種配置是將多個相同大小的UPS模塊并聯(lián)到一個公共的輸出總線上。如果備用電量至少等于一個系統(tǒng)模塊的容量，則系統(tǒng)為N+1冗余;如果備用電源等于兩個系統(tǒng)模塊，則系統(tǒng)為N+2冗余。并聯(lián)冗余系統(tǒng)要求UPS模塊的容量和型號相同。模塊的輸出是通過外部并聯(lián)板進(jìn)行同步的，或者在某些情況下，該功能嵌入UPS模塊本身。采用并聯(lián)冗余設(shè)計的UPS模塊在正常運(yùn)行情況下平均分擔(dān)臨界負(fù)載。當(dāng)其中一個模塊從并聯(lián)母線上被移除時(或者如果它由于內(nèi)部故障而被移除)，其余的UPS模塊需要立即接受故障的UPS模塊的負(fù)載。這種能力允許任何一個模塊從總線上移除并進(jìn)行修理，而不需要將臨界負(fù)載直連到電網(wǎng)。

圖3：并行冗余數(shù)據(jù)機(jī)房供電系統(tǒng)

并行冗余設(shè)計的優(yōu)點：

l 因為如果其中一個UPS模塊故障，可以利用額外的容量；

l 與隔離冗余相比，故障概率更低，因為斷路器更少，而且模塊一直在線(無階躍負(fù)載)；

l 可在功率需求增加時進(jìn)行擴(kuò)展�？梢栽谕�一個安裝中配置多個單元；

l 硬件布局概念簡單，成本效益好。

并行冗余設(shè)計的缺點

l 兩個模塊必須是相同的設(shè)計，相同的制造商，相同的評級，相同的技術(shù)和配置；

l UPS系統(tǒng)上下游仍存在單點故障；

l 在維護(hù)期間，如果服務(wù)超出單個UPS模塊的容量，負(fù)載可能暴露在無保護(hù)電源下。如果需要在并聯(lián)板或并聯(lián)控制或下游設(shè)備中提供服務(wù)，則負(fù)載將暴露在不受保護(hù)的電源下；

l 較低的操作效率，因為沒有單個設(shè)備的利用率是100%；

l 每個系統(tǒng)的單一負(fù)載總線，單一故障點。

4.分布式冗余

什么是分布式冗余？分布式冗余配置，也稱為三冗余，通常用于今天的大型數(shù)據(jù)中心市場，特別是在金融機(jī)構(gòu)中。這種設(shè)計是在20世紀(jì)90年代末由一家工程公司開發(fā)的，旨在提供完全冗余的能力，而不需要為此付出相應(yīng)的成本。本設(shè)計的基礎(chǔ)采用三個或更多的UPS模塊，具有獨立的輸入輸出饋線。獨立的輸出母線通過多個pdu連接到臨界負(fù)載。在某些情況下，STS也用于此體系結(jié)構(gòu)。從電網(wǎng)入口到UPS，分布式冗余設(shè)計和雙系統(tǒng)設(shè)計(下一節(jié)將討論)非常相似。兩者都提供了并發(fā)維護(hù)，并最大限度地減少單點故障。主要區(qū)別在于為臨界負(fù)載提供冗余電源路徑所需的UPS模塊的數(shù)量。隨著負(fù)載需求“N”的增加，UPS模塊節(jié)省的數(shù)量也隨之增加�？偟膩碚f，分布式冗余系統(tǒng)通常被用于需要并行維護(hù)且空間有限的大型多兆瓦安裝。

分布式冗余設(shè)計的優(yōu)點：

l 如果所有負(fù)載都是雙編碼的，則允許對所有組件進(jìn)行并發(fā)維護(hù)；

l 與2(N+1)設(shè)計相比，UPS模塊更少，節(jié)省成本；

l 從任何給定的雙線負(fù)載的角度來看，兩條單獨的電源路徑從服務(wù)入口提供冗余；

l UPS模塊、開關(guān)柜和其他配電設(shè)備可以在不將負(fù)載轉(zhuǎn)移到旁路模式的情況下進(jìn)行維護(hù)。

分布式冗余設(shè)計的缺點：

l 與以前的配置相比，由于開關(guān)的廣泛使用，成本變得很高；

l 設(shè)計依賴于STS設(shè)備的正確操作，STS設(shè)備代表單點故障和復(fù)雜故障模式；

l 在擁有許多UPS模塊、許多靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)和pdu的大型安裝中，很難保持系統(tǒng)負(fù)載均衡并知道哪個系統(tǒng)為哪個負(fù)載供電；

l 系統(tǒng)有許多操作模式和開關(guān)，使得人為的操作和檢修變得困難；

l 由于UPS正常運(yùn)行低于滿負(fù)荷，存在效率低下的問題。

圖6：分布式冗余數(shù)據(jù)機(jī)房供電系統(tǒng)

三． 不同設(shè)計的可用性說明

1.雙系統(tǒng)冗余

什么是雙系統(tǒng)冗余？“系統(tǒng)+系統(tǒng)”、“隔離并聯(lián)”、“多并聯(lián)母線”、“雙端”、“2(N+1)”、“2N+2”、“[(N+1) + (N+1)]”、“2N”都是對這種結(jié)構(gòu)變體的命名。有了這種設(shè)計，現(xiàn)在可以創(chuàng)建獨立UPS系統(tǒng)，可能永遠(yuǎn)不需要負(fù)載轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)。這些系統(tǒng)可以設(shè)計成消除所有可能出現(xiàn)的單點故障。然而，消除的單點故障越多，實現(xiàn)這種設(shè)計的成本就越高。

大多數(shù)大型系統(tǒng)雙系統(tǒng)安裝UPS位于獨立的、特別設(shè)計的建筑物�；�礎(chǔ)設(shè)施支持空間(UPS、電池、冷卻、發(fā)電機(jī)、公用事業(yè)和配電室)的大小與數(shù)據(jù)中心設(shè)備空間相同甚至更大，這種情況并不少見。這是業(yè)界最可靠、最昂貴的設(shè)計。它可以非常簡單，也可以非常復(fù)雜，這取決于工程師的愿景和業(yè)主的要求。

雖然這種配置已經(jīng)有了一個名字，但設(shè)計的細(xì)節(jié)可能會有很大的差異，這同樣是在負(fù)責(zé)該工作的設(shè)計工程師的視野和知識中。如圖7所示，這種配置的2(N+1)變體圍繞著重復(fù)的并聯(lián)冗余UPS系統(tǒng)。最理想的情況是，這些UPS系統(tǒng)將從獨立的配電板，甚至從獨立的電網(wǎng)和可能獨立的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中供電。由于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部所發(fā)生的事情的重要性和操作停機(jī)的成本，建造這類設(shè)備的極高成本已經(jīng)得到了證明。許多世界上最大的組織都選擇了這種配置來保護(hù)它們的關(guān)鍵負(fù)載。

圖7：雙系統(tǒng)冗余數(shù)據(jù)機(jī)房供電系統(tǒng)

雙系統(tǒng)冗余設(shè)計優(yōu)點：

l 兩個單獨的電源路徑允許沒有單點故障，容錯率很高；

l 配置提供從服務(wù)入口到關(guān)鍵負(fù)載的完全冗余；

l 在2(N+1)設(shè)計中，UPS冗余仍然存在，即使在并發(fā)維護(hù)期間

l UPS模塊、開關(guān)柜和其他配電設(shè)備可以在不將負(fù)載轉(zhuǎn)移到旁路模式的情況下進(jìn)行維護(hù)，旁路模式將使負(fù)載暴露在非條件電源下

l 更容易保持系統(tǒng)的均勻負(fù)載，并知道哪個系統(tǒng)向哪個負(fù)載供電。

雙系統(tǒng)冗余設(shè)計缺點：

l 大量的冗余組件的數(shù)量，使得雙系統(tǒng)是成本最高的解決方案；

l UPS長期處于低效率運(yùn)行狀態(tài)；

l 配電建筑需要全新設(shè)計來適配UPS系統(tǒng)。

2.其他的供電冗余設(shè)計

傳統(tǒng)的服務(wù)器電源線，根據(jù)負(fù)荷分為10A和16A兩種，除了一些特殊定制產(chǎn)品以外，均采用IEC的標(biāo)準(zhǔn)接口（即C13、C19）。為實現(xiàn)服務(wù)器供電的可靠性，一般配置兩個電源接口，當(dāng)一路斷電時，另外一路可獨立滿足供電需求。但在實際情況中，由于機(jī)柜后部溫度較高、服務(wù)器風(fēng)扇震動、運(yùn)維人員操作不當(dāng)?shù)仍�因，會有一定概率�?dǎo)致電源線脫落。

在此情況下，關(guān)鍵部位的配電故障事實上很難從設(shè)計上進(jìn)行修改，所以我們大多會從更高的安全冗余設(shè)計電源線來滿足需求（如下圖的突破電氣自鎖電源線）。

圖8：突破電氣自鎖電源線

突破電氣的服務(wù)器自鎖電源線具備以下特點：

l 自鎖設(shè)計牢固不脫落。在施加120N拉力的情況下都不會造成電源線脫落（產(chǎn)品的操作位置處于插頭尾部，插入拔出時不會對電源或其他理線產(chǎn)生干擾）；

l 降低成本、節(jié)省人工。由于電源線變的足夠可靠，不需要再預(yù)留線長，電源線長度可縮短了一倍甚至更多。另外，電源線不需要理線及使用尼龍繃帶固定，從而節(jié)省了大量人工成本；

l 柜內(nèi)電源排布更加簡單、清晰，提高空氣流動效率，降低空調(diào)使用率。傳統(tǒng)電源線密布在機(jī)柜內(nèi)，產(chǎn)生熱量的同時阻礙了機(jī)柜內(nèi)空氣的流動，降低空調(diào)使用效率。自鎖電源線的應(yīng)用，使得機(jī)柜上架變得更加簡單，柜內(nèi)的電源排布更加清晰，提高空氣流動效率，提升散熱水平。