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高可用性數據中心的UPS設計與配置

  UPS的可靠性更多有賴于電源系統的整體設計,而并非UPS本身的設計(如UPS是否采用互動式或雙變換技術)。而最終,提高UPS可用性的辦法無疑就是將包括UPS和整個電源保護方案在內的整體修復時間縮至最短,將冗余擴至最大! 
  1 平均無故障時間(MTBF)之惑  
  一直以來,MTBF(平均無故障時間)是UPS生產商用來測量和說明UPS可靠性的關鍵度量指標。不過,用MTBF萊預測UPS的可用性實際上卻難具說服力! 
  為了說明這一點,我們來舉一個例子,假設一臺UPS的MTBF是200,0OOh,非專業人士可能簡臺UPS的MTBF是200,0OOh,非專業人士可能簡單地以為該設備可以無故障運行200,000h(約為23年)。但是,事實上UPS生產商不可能也不會對產品進行為期23年的無故障運行測試。相反,他們只是根據UPS組件的預計使用壽命先行計算出一個MTBF值。然后,在其出貨量增長到具有統計學意義時,會根據這批設備實際的性能數據替換到某些初步的預估值,這些修正后的數據可能存在誤導性。比如,假設2,500臺UPS在5年的研究期內運行良好,那么得到的MTBF值可能會相當高。但是如果這些系統中有一個組件的使用壽命只有6年,那么在5年研究期過后的一年,它們中的90%可能會發生故障! 
  用可用性來測量關鍵電源后備系統更加具有實質意義。鑒于UPS在數據中心所占據的重要作用,能否快速更換舊零件或故障零件就顯得至關重要?捎眯员硎镜氖荕TBF與另一度量單位MTTR(平均故障修復時間)相互之間的關系。MTTR是指從發現故障、給予響應到完全修復所需的時間! 
  可用性A=MTBF/(MTBF+MTTR)  
  然而,單獨來講,盡管可用性比MTBF更能說明UPS的可靠性,但是在一些重要方面仍存在不足。具體來說,可用性無法說明例行保養的時間。如果一個系統每年都必須安排進行檢查、重新校準或常規維護,它實際的運行可肘性會比上面公式得出的數值來得低! 
  2 UPS設計和內部電源通路  
  盡管UPS內電源通路數量的增多會使成本增加,但是這可以確保日某此b系統組件(譬如整流器、逆變器或內郡備用電池)發生故障,關鍵負載的供電免于中斷。UPS從設計類型上基本分為三類:  
  (1)后備式UPS的電源通路。 
  當UPS檢測到停電故障時,后備式UPS可以切斷IT設備(lTE)的市電供電,為系統提供電源保護。不過,一些備用電源系統會在過壓或欠壓時提供局部的電源保護,對電池電源的使用較為有限?梢,雖然后備式UPS可提高效率和降低成本,但有時提供的電源保護并不全面! 
  (2)互動式UPS通常視情況適度調節電壓之后,再對受保護設備供電。不過,互動式UPS必須使用電池電源來防止各種頻率異,F象和停電'清況。 
  (3)雙變換式UPS可以將關鍵負載與市電電源完金隔絕,從而確保為IT設備提供潔凈、可靠的電力。雙變換式UPS比后備式UPS和互動式UPS更耗能,因此它們在數據中心或設備司內的散熱量更高。 
  這些UPS設計的不同之處在于其內部的電源通路。后備式UPS通常有兩條電源通路,由一個電源開關同時控制。因此,如果電源開關故障,那么lT設備便會斷電! 
  互動式UPS通常有兩條完全獨立的電源通路,其中條通路使用電源接口。如果電源接口發生故障,則UPS將由電池供電以確保將所有連接的設備從容關閉?し猪敿壍幕邮较到y也會包含一個靜態旁路通路,可以自動旁路UPS申發生故障的組件,將lT設備直接連接至市電電源! 
  大多數的雙變換式UPS有兩條電源通路,一條由市電電源或發電機供電,一條則由電池電源供電。此外UPS內還包括:  
 。1)自動靜態旁路開關可以旁路發生故障的整流器或逆變器,并由市電電源直接供電給IT設備! 
 。2)手動維護旁路設備允許技術人員在不中斷受保護負載供電的情況下對系統進行維修! 
  3 提高ups電源通路可用性的策略  
  提高UPS電源通路可靠性的方法有:  
  (1)添加并聯電池組:使用單組串聯電池的UPS對正常供電負載的風險會大大增強。如果串聯申的電池其申一只出問題,就會影響整串電池組放電,從而導致UPS無法正常供電。如果在UPS上再并聯一串電池組的話,假設其中一串電池組發生故障,那么UPS仍可由另一串正常的電池組供電一段時間,從而有時間連接備用發電機供電或者從容關閉負載設備! 
  (2)安裝柴油發電機:電池供電只能解決一時的燃眉之急。如果面臨長時間的斷電情況,即使使用了最長時效的電池組可能也是"有心無力"。因此,在長時間停電的情況下,使用柴油發電機作為備用供電電源較為理想力口。 
  4 通過并聯安裝UPS提高可用性  
  冗余的設計邏輯,不僅適用于電源保護方案,同樣亦適用于UPS設計。在電源設計申構建多條電源通路能夠從根木上提高系統的可靠性。

  電源供應鏈的最終性能受限于其申最弱的一環。因此,在供應鏈的每一點上添加多個冗余可以提高其整體的可靠性。因此,最可靠的輸電系統通常包括從總電源至用電負載的多條相互獨立的電源通路,相互盡可能避免重疊。采用冗余配置的電源系統,當組件發生故障或者進行例行維護時郡不會導致IT設備關閉。 
    5 冗余UPS架構  
  在UPS行業領域,系統并聯郡署的方式有很多。最常見的兩種方式是串并聯組合部署的架構或者是全冗余并聯部署的架構! 
 。1)串聯冗余系統  
  當需要使用兩個不同型號或者是由兩個不同廠商生產的UPS系統支持基本負載時,有時會使用串聯冗余的配置架構,它們無法在冗余配置中并聯。但是使用串聯組合部署的架構可以幫助克服這種限制。 
 。2)并聯冗余系統  
  一般來說,全冗余并聯架構具備的可靠性更高,不過這也取決于實施的形式! 
  a.不完全冗余方式  
  某些UPS聲稱具有并聯架構,但實際上只是有限的幾個組件進行并聯。這也就是說,雖然在一個類似的零件出現故障時,系統可以提供一定的冗余。但是如果系統中設有獨立的子系統,一旦子系統發生故障,那么整個UPS便需要關罰進行維修。 
  b.具有獨立子系統并聯冗余方式  
  有的UPS設計還包括帶有獨立子系統的UPS和帶有點對點并機能力的UPS,這就是說由UPS自身進行控制,而不是使用主控制器,這就賦予了UPS高的可靠性級別。并聯架構的設計旨在不增加設計復雜程度的情況下盡可能地消除弟點故障。因此,并聯架構可以使用獨工子系統和點對點控制,提供最少故障點和最高可靠性的系統設計。 
  c.“N十l”并聯冗余模塊化系統  
  6個12kW UPS系統,使用熱插拔電子組件和電池模塊,如果用戶手上有可更換的零部件的話,他們便可在幾分鐘內自行更換故障的組件,"5十1"并聯冗余方式。 
  6 電池如何影晌可靠性  
  UPS的設計理念決定了使其用電池供電的頻率,而電池使用頻率又與電池的運行時間和使用壽命直接相關! 
  后備式UPS會頻繁切換至電池供電模式,這會減少電池的運行時司并縮短使用壽命。而且,在頻繁切換供電模式的過程中會存在短暫的斷電,可能會使IT系統關罰。同時,輸出電壓調整范圍較寬,會導致IT電源關閉。
    互動式UPS比后備式UPS能夠更好地提供電源異常保護,然而當在正常模式和調節模式之間進行轉換時或者為應對發電機起動時的電壓不穩定,必須依靠電池進行供電! 
  雙變換UPS的電池使用則更為適度。在較寬的輸人電壓容限范圍內,UPS整流器和逆變器會共同調節輸出電壓,而不需要借助于電池進行供電。此外,從正常供電模式轉換至電池供電模式的切換時間很短,因此不必擔心IT系統會出現供電中斷的情況! 
  帶有多運行模式的新型高效雙變換UPS,其使用電池的時間和頻率與雙轉換UPS相似,在某些情況下可能要來得更低。而且,這些UPS在正常運行模式下效率可高達99。效率更高就相當于電池的運行時司更長,運行溫度更低,這兩點都有助于延長電池的使用壽命! 
  7 結束語  
  電源系統可用性最大化的六個關鍵步驟:  

  (1)高品質UPS的標準化設計:選擇資歷出眾、擁有諸多成功案例的業界廠商。UPS的設計應當包括內置關鍵組件冗余,采用多條電源通路,使用性能優越的組件,同時在生產過程中對質里進行嚴格把關。

  (2)選擇內置有多條電源通路的UPS:良好的UPS設計應當能提供多條電源通路進行額外冗余,包括靜態旁路開關,手動維護旁路或自動維護旁路! 
  (3)尋找可滿足您叮設備需求的UPS:一些kUPS的價格雖低,但卻無法正常支援用電負載,達就會導致IT設備被重置、數據被破壞甚至設備被關閉。帶有多運行模式的高效雙變換式UPS可以在IT設備和工業設備容許的電壓和頻率范圍內對電源進行很好地凈化! 
  (4)部署冗余并聯UPS:可以對電源通路、電子組件和電池模塊進行冗余,從而提供最高的可靠性保護! 
  (5)注重可以縮短MT丁R的各種特性:選擇模塊化系統設計,UPS應使用便于維修的零部件,比如熱插拔電池和電子組件。從根本上來說,MTTR比MTBF對可用性的影響更大! 
  (6)選擇使用電池可能性最小的UPS:頻繁使用電池供電的UPS,其電池的運行時間和使用壽命會相對縮減。帶有多運行模式的高效雙變換UPS使用電池的可能性更小,有助于延長電池的使用壽命。

 

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