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数据中心机房UPS供电系统可靠性研究与应用

发布时间：2023-01-15T07:31:15.407Z来源：《建筑实践》2022年9月18期作者：陈忠池

[导读]数据中心是计算机集群化运作能力的物质载体，在全球化、信息化发展过程中发挥了重要作用

陈忠池

深圳科士达科技股份有限公司广东深圳518000

摘要：数据中心是计算机集群化运作能力的物质载体，在全球化、信息化发展过程中发挥了重要作用，但一直被带上“耗能大户”的帽

子。目前，由于市场的需求形式正在不断地发生变化，科学技术也在不断地发展，因此UPS供电系统逐渐成了数据中心机房的主要供电模

式。随着UPS系统的使用范围越来越广泛，对于如何提升其系统的可靠性研究也越来越重要，应该成为相关管理维护人员思考的重点。

关键词：数据中心机房；UPS供电系统；可靠性；应用

、数据中心机房的1概述

数据中心机房的设备主要涵盖以下部分：服务器、网络交换机、路由器、存储设备等。按照电源的形式进行分类，数据中心机房设备

由以下部分组成：单电源设备、冗余电源设备。对于冗余电源设备而言，其电源模块仅有1个，可靠性更高，但是当电源出现问题后，整个

设备都会出现宕机问题。单电源设备顾名思义就是机房的设备中只有一个电源模块，通过这个单一的电源对机房设备进行电力供应。在这

种供电模式下，电源模块和机器设备关联非常密切，当设备中的某一个部件出现问题，就会导致整个系统停止运转，也会影响到电源模

块，使其停止运转，这样就会导致整个机房的设备出现问题甚至宕机。如果某一个部件出现运行故障，那么这个部件关联的电源模块也会

停止运行，但是和单电源模块不一样的是，冗余电源设备还有其他的电源模块来支撑系统运转。

、数据中心2UPS供电系统的运行现状

目前，大型数据中心多采用2N双总线UPS系统为重要IT设备提供双路不间断交流电源。该系统是指由两套或多套UPS系统组成的冗余

系统，每套UPS系统N台UPS设备的总容量为系统的基本容量。该系统从交流输入经UPS设备直到双电源输入负载，完全是彼此隔离的两条

供电线路，也就是说，在供电的整个路径中所有环节和设备都是冗余配置的，正常运行时，每套UPS系统仅承担总负荷的一部分。这种多

电源系统冗余的供电方式，克服单电源系统存在的单点故障瓶颈，对于大中型机房只有少数单电源设备的情况，可通过安装小型STS设备，

保证重要电源设备的供电可靠性，采用“2N”配置系统可用性得到明显提高。当“2N”系统正常运行时，两套UPS系统同时工作，各承担总负

荷的1/2左右。双总线供电系统的2套UPS系统交流输入引自不同低压母线段，保证整套系统具有最高的可靠性和可维护性。

、数据中心机房的3UPS供电模式的可靠性分析

数据中心机房3.1UPS并联单总线供电模式的可靠性

采用并联的方式对两台以上的UPS设备的输出进行处理，也就是将UPS设备逆变器设置成为并联运行的方式，这样就能够将“N+1”冗余

并联系统形成。两台以上的UPS设备逆变器在正常的运行状态下都会向负载供电；如果其中的一台逆变器出现故障，在这种情况下UPS设备

就会脱离供电系统，然后剩余逆变器以新的比例为根据对负载进行重新分配，从而实现不间断的供电。

并联单总线冗余模式本身具有一系列的优点：

（1）提升容错性能

如果UPS设备处于正常的运行状态，那么负载供电由N+1台UPS平均承担；如果UPS设备一旦发生故障，那么负载供电由剩余的N台

UPS平均承担，而且剩余的N台UPS具备分担原N+1台UPS的供电负载的带载能力。因此在UPS系统中并联单总线冗余模式可以将稳定、纯

净的逆变电源提供给后端负载。

（2）提升UPS系统的可靠性

因为受到电网的负载扰动、频率扰动等多种原因的影响，因此在UPS并联的方式下会出现状态变化的情况。不同的UPS很难具有保持

一致的输出量参数，这样不同的UPS在向负载供电的时候就会有环流出现在UPS内部的逆变器之间。

3.2数据中心机房UPS串联单线供电系统的可靠性

数据中心机房UPS供电系统串联单线供电系统主要指的是将两个供电设备进行串联处理。在对数据机房UPS供电系统进行供电的过程

中，其中一台供电设备进行正常供电，另一台设备处于备用状态。一旦正常供电的设备出现故障，系统会及时启动另一台供电设备，确保

供电系统的正常运行，并对出现故障的供电设备进行及时的维修。

这种UPS供电系统主要具有以下优点：（