上海UPS不间断电源冗余性与可靠性之间的权衡

当今的数据中心行业面临着数据和网络容量翻倍的需求，也面临着改变配电拓扑和电力基础设施解决方案的挑战，其中UPS供电系统可以防止数据中心设施或系统因断电而出现异常和故障，具有更普偏的电力可靠性。

2022-12-05 15:32:46

当今的数据中心行业面临着数据和网络容量翻倍的需求，也面临着改变配电拓扑和电力基础设施解决方案的挑战，其中上海UPS不间断电源供电系统可以防止数据中心设施或系统因断电而出现异常和故障，具有更**的电力可靠性。
UPS供电系统的可靠性不*是以其运行时间(小时或天)来计算的，也是以事件数量来衡量的(在“多年单事件测量”中)。对于传统的任务关键型数据中心，故障事件的数量与重要事件的数量相同。
UPS行业对UPS供电系统的这些保护拓扑做出了回应，可以通过设备和配电的冗余来提高可靠性。UPS供电系统的冗余结构无疑提高了可靠性、效率和负荷分担水平。然而，由于其冗余配置，增加了更多的设备，这使得资本支出(资本支出)和运营支出(OPEX)的成本不断上升。
UPS供电系统通常采用冗余拓扑，可靠性水平较高。根据调查机构UptimeInstitute提供的数据，TierIV数据中心每年发生的事故不到一起，每年停机时间超过0.8小时。人们经常会问这样的问题：“这么高的可靠性，企业要付出什么样的代价？”以及“人们真正需要什么样的数据中心？”或者简单地说，“我们如何将数据中心的规模和功能与其电源系统正确匹配？”
适当的冗余和可靠性
随着数据中心市场的多样化，一些领域和应用只需要很少的关键电源保护(例如，Uptime Institute处理云计算社交媒体或搜索引擎的**数据中心)。由服务级别协议(SLa)托管的其他数据中心可以保证100%的正常运行时间，它们的要求更高。例如，运行视频流媒体、电子商务和金融/**交易等任务关键型应用程序的数据中心可以评为TierIII/IV级。还有一些对正常运行时间和可靠性要求较高的数据中心，其评级可以是TierII或tier ii。
Uptime Institute对每个数据中心级别的排名通常与UPS供电系统采用的冗余拓扑级别相对应。这些拓扑可以在许多不同的配置中实现。**不间断电源系统的选择取决于重要因素，包括冗余、负载功率(千瓦或千瓦)、故障隔离、负载共享、资产利用率、容量扩展和总拥有成本(以资本支出和OPEX衡量)。系统拓扑
n系统是*基本的关键电源拓扑，其中“n”是以千瓦计量的负载容量。这种供电系统实际上没有冗余的UPS模块，所以UPS供电系统的可靠性不高。
图1 N系统拓扑
N系统的拓扑也有几个“单一”的失效点，每年都有一两个失效事件，是不可靠的拓扑。定义了这个单点故障。一旦失败，整个系统将停止工作。但是对于一些低风险的业务，比如内部信息技术(IT)，它的失败对一个企业或者大集团的用户不会有太大的影响，所以这种拓扑可以说是有效的。
N系统拓扑的主要优点是配置和运行成本低(不包括与计划外停机相关的成本)。另一个优点是这个系统的资产利用率很高。一个采用N系统拓扑的UPS模块，其设计负载可达到满载额定值的80%至90%。
系统拓扑
“N 1”系统拓扑增加了冗余组件以提高可靠性。“N”为等于总负荷的负荷容量，“1”为UPS供电系统中具有冗余保护的附加UPS。这些系统通常是UPS模块并联结构，但这种拓扑结构仍然存在多个单点故障的风险，比如UPS模块的输出并联总线。“N 1”系统没有冗余的分配路径，因此如果出现单点故障，每年可能会发生一次事件。
图2 并联冗余不间断电源系统“N 1”拓扑
然而，“n1”并联冗余拓扑通常适用于提供基于互联网的服务的低依赖性企业。
“N 1”系统的拓扑结构冗余元素少，利用率高，初始成本和运行成本较低。较高的利用率取决于加载的模块或生成器的数量。其满载额定值为UPS电源模块总和的80%至90%，系统将增加额外的模块和发电机。比如一个UPS系统由两个电源模块组成，那么正常情况下，一个电源模块分担40%到50%的负载，而一个“N+1”系统由5个模块组成，那么每个模块的**负载只能达到25%。
块冗余系统拓扑
并联电力架构的另一个变化是块冗余系统拓扑。这种方法使用了一种经济的方法来提高系统的可靠性，而不需要一个完整的2N系统。它依靠静态转移开关(STS)和UPS模块的实时处理来实现有效负载，而冗余UPS具有承载和转移负载的能力，这在大多数块冗余拓扑中都可以实现。但是，STS交换机也是单点故障。虽然该系统中UPS模块的利用率有所提高，但其负载率*为70% ~ 75%。图3块冗余系统拓扑
共享冗余(4N/3)系统拓扑
共享冗余4N/3系统的拓扑结构与块冗余非常相似，不同负载分布在多条路径上，所有UPS模块均已加载。4N/3和3N/2系统是*常见的共享冗余拓扑形式，这些拓扑的UPS利用率水平通常在60% ~ 70%的范围内。比如在3N/2拓扑中，UPS**负载利用率可以理解为2 MW负载除以3 MW UPS容量，其效率等于67%。
图4 4N/3共享冗余系统
如图4所示，这种拓扑还需要额外的电缆和配电基础设施，这增加了初始资本和安装成本，并使系统更难节省成本。此外，系统在UPS输出分配方面仍然存在单点故障。
块冗余系统和共享冗余系统都比“N 1”冗余系统具有更高的可靠性，它们的故障率每年不到一个事件。这种性能非常适合大多数组织中的数据和应用程序的实时交付、服务交付和其他**业务。然而，这两种冗余系统面临的挑战是UPS的**利用率通常不到70% ~ 75%，但由于实际使用中容量有限，效率要低得多。在块冗余或共享冗余系统中，UPS和关键电源资产没有得到充分利用，电源系统中实际部署的关键负载可能会频繁变化。这是因为在数据中心的运行中，IT往往需要增加、删除、升级或转移IT负载、服务器等设备。
“N+N”双系统冗余拓扑
“N N”双系统冗余拓扑采用两个**的冗余配电系统。这种拓扑可以设计成在每个系统中有N个模块或“N+1”个模块。在某些设计中，两个**的系统具有更高的可维护性和容错性。
图5“n n”双系统冗余拓扑
“N N”双系统冗余拓扑提供了非常高的可靠性，但也存在初始成本和TCO**、资产利用率低(**负载率只能达到40%到45%)的缺点。然而，这种高度可靠的拓扑结构在五年内只有一两次计划外中断。这种设计通常用于可靠性和可用性要求非常高的企业或金融服务行业。
摘要
数据中心行业是动态且不断变化的。上海UPS不间断电源系统可靠性的变化是由数据中心的“使命”和“关键业务”要求决定的。现有系统拓扑的演变表明，数据中心市场可以提供一系列不同配置的UPS系统。“N N”双系统可以提供**水平的高可靠性，但其成本也很高。其他冗余电源系统(N或N 1)可以降低成本，但可靠性相对较低。这些因素使得企业在采用UPS供电系统时不得不权衡高成本、高可靠性和利用率。不间断电源行业的下一个挑战将是找到一种新的系统解决方案，能够提供适当的冗余和可靠性水平，同时降低企业的资本支出和运营成本，使其总拥有成本更低。