APC機房電源【中國】營銷中心

APCups電源在企業數據中心中的應用

這里講的企業級數據中心是指各企業或者政府單位根據自身業務需要而建造的自用機房，它跟以提供服務器托管為主的IDC(Internet Data Center互聯網數據中心)機房相比主要區別在于系統容量偏小﹑不對外公開，但其主要職能仍不外乎存儲﹑計算﹑應用等方面。目前數據中心作為一種物理載體在企業發展和運營中越來越被重視，國內很多大型企業、政府部門都在不斷地投入這方面的建設。總體看來，我國的數據中心目前具有以下幾個特征：

1.剛剛起步，但增長速度迅猛。

國內數據中心建設最早的是政府部門，這一波主要集中在1999、2000年;在2002、2003年的時候呈現第二波，主要集中在金融和電信企業;2006年以后，主要集中在地方政府和國內傳統的大型企業。這些企業單位雖然已規劃建設了數據中心，但已完全建成的所占比例很小，大部分仍處在建設過程中，有的處于存儲中心階段，有的處在計算中心階段。此外，電子商務和電子政務的發展也將促使更多的數據中心被建設。總之，國內的數據中心還處在發展初期，據有關部門的統計，2006年以來，國內每年用于建設數據中心的投資已達到百億元以上，并且未來每年投入的增長率還將在20%以上。

2.系統利用率低。

由于對容量的估算不準或者初期的負載量很小，數據中心的設計容量跟實際容量不符。據調查顯示，有70%以上的用戶實際負載量不足設計容量的50%，造成了能源和設備的很大浪費。

3.基礎設施不夠匹配，整個系統的可用度不高。

在系統可用度方面，金融﹑電信和政府部門做得相對比較好，能達到99.99%或者99.999%以上，其它的企業宕機時間就會長一些。這主要是因為在設計整個系統時，只加強了個別環節的可靠冗余，忽視了一些單點故障點的存在。當某個數據中心的系統可用度在99.9%時，其年度宕機時間將達到9個小時。

4.維護和管理能力有待加強。

由于國內的數據中心發展還處在初期階段，有能力﹑有經驗的維護人員還比較缺少。管理人員缺乏對系統全面﹑科學的管理，對災難備份重視不夠，導致大部分的系統故障都是人為原因造成的。

企業級數據中心對UPS電源系統的一般要求

基于服務器自身工作的特點及其重要性，數據中心對電源的要求特別高，一般要用冗余的純在線式UPS系統才能滿足要求。高可用度是對整個UPS電源系統的第一要求，但并不是唯一要求，隨著數據中心建設的發展，人們對UPS電源系統的要求也更加全面和合理。從整體角度用發展的眼光來看，企業級數據中心對UPS電源系統的要求有以下幾個方面：

1.安全可靠，一般要求UPS電源系統的可用度A≥99.999%。“5 個 9”相當于每年有5 分鐘的宕機時間。這個指標是非常高的，首先，可用度是在系統運行壽命期內的連續測量值，它是用總的正常運行時間除以總的運行時間得出的。A=MTBF/(MTBF+MTTR)， 1 小時的斷電時間會使該電源系統的可用度在 12 年內達不到 5 個 9 的目標。其次，在公式中還要考慮系統重新啟動和恢復的時間。一次 3秒鐘的斷電可能會使服務器宕機 30分鐘，不考慮這些影響因素所計算出的可用度結果意義不大。再者，這個可用度指的是整個UPS供電系統，不是UPS本身。有些企業的數據中心，UPS的容錯能力很強，可用度很高，但是跟它相連的各級斷路器、變壓器、轉換開關等環節存在多個單點故障點，這種設計就出現了可用度“瓶頸”，可用度不高的環節始終會妨礙整個電源系統達到最優的可用度。據統計顯示，全國數據中心的UPS供電系統，有超過70%的故障跟UPS本身無關，而是跟配電系統中其它環節或其它設備的質量、安裝、操作、維護等問題有關，或者由于這些問題導致了UPS誤動作或者故障。可見，UPS設備僅僅是涉及整個供電系統可用度問題的因素之一，實現各環節的可靠均衡對于獲得整個UPS電源系統的最佳可用度來說是至關重要的。

2.可提供雙路電源，以滿足雙電源服務器的需求。目前市場上的服務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器的正常工作，從而使服務器對電源問題的容錯能力大幅提升。

3.UPS電源系統可陸續擴容，并且擴容過程中不能影響負載的正常運行，以滿足服務器不斷擴容和不可中斷的需求。這樣既能有效節省系統建設初期的投資費用，又能使UPS在整個數據中心的建設過程中始終保持在安全而又高效的工作狀態下，提高了系統性價比。

4.系統零地電壓要低，一般不高于1V，以確保服務器數據傳輸的穩定可靠，免受干擾。系統中零地電壓過高的原因有：電網進線本身的零地電壓就偏高，系統接地系統不符合標準，或者系統中諧波電流大﹑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來實現。

5.綠色環保，節能降耗，順應時代潮流。在能源緊缺﹑重視環保的今天，綠色﹑節能的電源系統備受關注，有的企業已將節能做了量化規定，作為企業每年必須完成的硬性指標去執行。UPS在綠色﹑節能方面的表現主要體現在輸入功率因數﹑輸入電流諧波以及整機效率等方面。表現好的UPS可以減少設備對電網或者油機的干擾，也可以節省電費，降低運營成本。

6.UPS供電系統應維護方便，便于管理。這樣不但可以節省系統的維護成本，更為重要的是可以盡量避免因人為維護或者管理不當而引發的系統故障。

為了滿足上述要求，必須選用合適的UPS產品，制定合理的UPS供電方案。下面以山特模塊化A系列UPS為例加以介紹。

APC模塊化A系列UPS在企業級數據中心的應用

APC模塊化A系列UPS是一款基于DSP控制技術的模塊化UPS，每個模塊容量為20KVA。該機體積小、重量輕，輸入電壓范圍寬，過載能力強，同時具有高輸入功率因數(>0.99)，低輸入電流諧波(<3%)，高整機效率(>94%)等特性，并且這些特性在30%左右的負載時就能達到，是一款名副其實的綠色環保型UPS。

APC模塊化A系列UPS可并可串，能夠實現多種電源組合方案，這里介紹一種APC模塊化A系列UPS在企業級數據中心的應用方案。

該方案的系統示意圖如下：

該方案采用一路市電，一路油機通過ATS轉換后給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的不同開關引入。主機采用APC模塊化A系列UPS，可根據負載需要陸續擴容，始終保持各機單獨帶載時模塊還是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。 UPS輸出側可根據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。兩臺UPS的輸出分別接到兩個配電箱內，雙電源設備直接從兩個配電箱內取電;單電源設備分別從UPS1或者UPS2的輸出配電箱內取電，實現正常情況下兩臺UPS的負載均分，單電源設備上游的配線和空開也采用冗余配置。

 下面根據數據中心對UPS電源系統的幾項要求談談該方案的合理性：

一.系統簡單實用、安全可靠

1. 按照安全級別要求，數據中心的電源系統應當有雙路電源輸入，但是并不是每個企業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。也就是說花費了人力﹑財力，最終還不一定能達到目的，所以不如自己備一臺油機，平時不用，一旦市電停了再去開啟都來得及，因為UPS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:一是有效節省購買系統同步追蹤器(LBS)的投資;二是排除系統同步追蹤器(LBS)的單點故障點;三是兩臺UPS是彼此獨立的，沒有相互關聯，任何一臺故障都不會影響到另外一臺，從而提高了系統的可用度.

2.每臺UPS的主輸入和旁路輸入都有其獨立的開關，萬一主回路有問題使開關跳脫了，UPS還可以轉電池，電池有問題還可以轉旁路，不會造成UPS的輸出端停電。

3.APC模塊化A系列UPS單機系統的可用度A≥99.9998%，已能滿足大型數據機房的要求，兩臺機器組成雙母線后，彼此沒有任何控制關聯，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的可用度將呈數量級的增長。

4.每臺UPS至少配兩組電池，每組電池都有各自的開關，這樣任何一組電池壞了都可以實現在線更換，并且不會造成系統宕機，因為UPS都還有另外的一組電池可用。

5.更為重要的是，山特模塊化A系列UPS是模塊化UPS，跟傳統的大型工頻UPS相比，其維修要方便快捷的多，平均維修時間MTTR不到傳統工頻 UPS的五分之一。由于UPS電源系統的可用度 A=MTBF/(MTBF+MTTR)，所以MTTR是影響電源系統可用度的一個很關鍵因素。事實證明，通過提高平均無故障時間MTBF來提高系統可用度 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，滿足各服務器需求

該方案中，UPS系統的輸出電源為雙路，分別接到兩個配電箱內，雙電源設備直接從兩個配電箱內取電;單電源設備分別從UPS1或者UPS2的輸出配電箱內取電，實現正常情況下兩臺UPS的負載均分。目前市場上的服務器多數都是雙電源的，單電源的已很少，數據中心用的單電源服務器多數應是以前留下來的。這里不主張在單電源服務器前邊加裝STS，因為單臺模塊化UPS已經具備了N+X冗余功能，可用度A達到了99.9998%以上，已能滿足數據機房對電源的要求，加裝STS后就等于增加了一個單點故障點，它的故障將給數據中心帶來災難，國內已不乏這樣的案例。對于雙電源服務器，其上游的配線和空開已經做到了冗余備份，對于單電源服務器，這里對其上游的配線和空開也進行冗余配置，這對實現系統各環節的可靠均衡，獲得整個系統的最佳可用度來說是非常重要的。此外，對于國標要求的“電源設備應靠近主機房設備”﹑“電源應采用地下電纜進線”﹑“配電線路宜采用銅芯屏蔽導線或銅芯屏蔽電纜”等內容，本方案也都符合。

三.可陸續擴容﹑節省系統首次投資

UPS電源系統可陸續擴容，這是模塊化UPS的一大優勢。在企業數據中心建造之初，由于負載很輕，可以少放幾個模塊。例如負載容量為 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，同時每臺UPS又是并聯冗余的模塊系統。正常運行時，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載產生影響;整個系統的6個模塊中，任意4個模塊同時故障都不會對雙電源負載產生影響。當負載容量需要由現在的40KVA擴充為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。正常運行時，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，所有雙電源負載及部分單電源負載都不會受到影響，另一臺UPS至少還有1個模塊是冗余的。隨著負載量的增加，各UPS模塊在正常運行時所帶的負載量會越來越接近于 50%。

APC模塊化A系列UPS的這種配置方案，可以不預留過多的裕量，當負載功率增加時再陸續擴容，這樣可以將一次巨額投資化解為陸續投資，并且使UPS系統一直維持在一個相對較高的負載百分比下。APC模塊化A系列UPS在負載量達到30%時，整機效率就可達到94%以上，單個模塊的效率達到95%以上，極大地節省了電能。

傳統的大型工頻UPS體積龐大，擴容時相應的空開﹑電纜﹑電池﹑空間等都要相匹配，很難實現在線擴容。所以在開始設計和建造數據中心時，往往就對以后幾年的負載量進行了預估，將APCUPS設備一步到位。這樣一開始就要投入一筆巨額資金，并且在數據中心運行初期，各UPS的負載量可能還不到其額定容量的10%，相應的設備效率也不會超過50%，造成資源的極大浪費。

數據中心的實際需要容量跟不同UPS系統可用的安裝配置容量的關系可用下圖來表示：

四.依據需要改善系統零地電壓

有些服務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，當UPS輸出端的零地電壓較高時，往往寄希望于UPS供電系統進行改善，雖然不是UPS自身問題造成的。在本方案中，根據需要可在每臺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，保證各服務器的穩定運行。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旁路。

五.綠色環保、節能降耗

APC模塊化A系列UPS是一款典型的綠色環保型UPS。體積小、重量輕，可以大大節省寶貴的機房空間;效率高，可以有效節省自身耗電，同時也減小了對機房空調容量的要求;諧波小，可以減少設備對電網的干擾，使掛在電網上的其它設備免受影響，當UPS跟油機配合使用時，還可以大大降低對油機容量的要求。傳統的6脈沖整流UPS，要求油機容量為UPS容量的2.5~3倍;12脈沖整流的UPS，要求油機容量為UPS容量的1.5~2倍;采用APC模塊化A系列 UPS，要求油機容量僅為UPS容量的1.1~1.3倍。

同時，該方案還使UPS的設備利用率提高，在保證系統安全可靠的前提下，有效地減少了多余容量。

六.智能化監控、人性化管理

APC模塊化A系列UPS具有專業、全面的電池組管理功能。機體標配RS232、8組可規劃的智能化輸入輸出干結點、兩組獨立的智能插槽等接口，可以選配SNMP/ MODBUS/ RELAY/ USB…等適配卡，通過電話網絡或者數據網絡實現對UPS的遠端監控。山特UPS具有功能強大的人性化軟件操作平臺，客戶可通過該軟件實現對山特所有 UPS機型的集中監控，也可以通過通信協議將山特UPS并入既有的動環監控系統，實現對它們的監管。此外，大型的LCD人機界面可以全中文顯示UPS的各種運行狀態，多達500項的事件紀錄、近遠端緊急關機鍵等功能為UPS的故障判斷及緊急情況的處理提供了方便。

APC工程技術人員負責對每個數據中心的電源維護人員提供系統﹑詳細的培訓，包括系統工作原理﹑操作程序﹑維護保養注意事項﹑緊急情況處理等內容。操作及管理人員的技術熟練程度可以在很大程度上幫助提高系統的可用度。山特的專業工程師還可以提供定期巡檢，協助及時發現數據中心的一些潛在威脅，防患于未然。

 服務的重要性

數據中心對電源系統的要求非常高，為了提高該系統的可用度，人們設計出了各式各樣的方案，然而，再可靠的方案，再好的設備總會有故障的時候，能夠為數據中心電源系統提供安全保障的最終王牌還是廠商的服務。

APC早就認識到了這一點，一直把服務同銷售放到了同等重要的地位，以“提供品質卓越的不間斷電源產品和令客戶百分之百滿意的服務”為宗旨，在銷售山特UPS的同時，也把周到快捷的售前、售中、售后服務送到了客戶身邊。

多年來，APC的服務已形成一個龐大、完善的體系。客戶熱線7*24小時開通;CS系統對每臺UPS的安裝地點、安裝日期、維修及巡檢紀錄都有明確的記錄;對服務工程師采取嚴格的培訓和認證;兩百多名專業的工程師分布在全國34個分支機構和服務網點;每個服務網點都有充足的備品備件;對銷售的產品采取保內免費、終生服務的政策;緊急情況下還可開啟迅速、快捷的綠色服務通道。總之，APC的服務會令所有用戶高枕無憂。

總結

隨著時代的進步，人們對數據中心電源系統的要求不斷發生變化。總的趨勢是：安全可靠仍是最重要的，擴容方便、配置靈活的中小型系統將逐步取代一步到位的復雜的大系統，環保高效的高頻UPS將逐步取代笨重龐大的工頻UPS，人性化的軟件監控系統越來越被歡迎，對廠商的服務要求越來越高。本文介紹的模塊化UPS在企業級數據中心的應用案例，滿足了數據中心對UPS系統的各項具體要求，同時也有效避開了國內數據中心目前所存在的幾個問題。