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(gè)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(gè)方面。

一． 數(shù)據(jù)中心容量“N”

1.數(shù)據(jù)中心的冗余

長(zhǎng)期以來，許多設(shè)計(jì)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(jì)的工程師及制造商對(duì)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(duì)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(jì)的名稱往往不一定能表明它們?cè)诳捎眯苑秶鷥?nèi)的位置。目前市場(chǎng)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(huì)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(gè)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(jì)容量為400kw的機(jī)房，無論配備一臺(tái)400kw的UPS、還是兩臺(tái)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(shí)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(jì)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(gè)主UPS模塊，通常為負(fù)載供電�！案綦x”或“二級(jí)”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(dú)的靜態(tài)旁路輸入。這是一種為之前的非冗余配置實(shí)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(chǎng)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(shí)，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(huì)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(diǎn)：

l 靈活的產(chǎn)品選擇，產(chǎn)品可以與任何品牌或型號(hào)混合；

l 提供UPS容錯(cuò)功能；

l 不需要同步；

l 對(duì)于雙UPS系統(tǒng)冗余來說，成本效益相對(duì)較高。

隔離冗余的缺點(diǎn)：

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(gè)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(gè)主UPS配置時(shí)，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(gè)模塊系統(tǒng)(一個(gè)主要，一個(gè)次要)需要至少一個(gè)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(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

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(gè)UPS模塊故障，而不需要將關(guān)鍵負(fù)載轉(zhuǎn)移到實(shí)用電源。這種配置是將多個(gè)相同大小的UPS模塊并聯(lián)到一個(gè)公共的輸出總線上。如果備用電量至少等于一個(gè)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(gè)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(hào)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U(xiǎn)PS模塊本身。采用并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)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(gè)模塊從并聯(lián)母線上被移除時(shí)(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(gè)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

l 因?yàn)槿绻�其中一個(gè)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?yàn)閿嗦菲鞲�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(shí)進(jìn)行擴(kuò)展�？梢栽谕�一個(gè)安裝中配置多個(gè)單元；

l 硬件布局概念簡(jiǎn)單，成本效益好。

并行冗余設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)

l 兩個(gè)模塊必須是相同的設(shè)計(jì)，相同的制造商，相同的評(píng)級(jí)，相同的技術(shù)和配置；

l UPS系統(tǒng)上下游仍存在單點(diǎn)故障；

l 在維護(hù)期間，如果服務(wù)超出單個(gè)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?yàn)闆]有單個(gè)設(shè)備的利用率是100%；

l 每個(gè)系統(tǒng)的單一負(fù)載總線，單一故障點(diǎn)。

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(chǎng)，特別是在金融機(jī)構(gòu)中。這種設(shè)計(jì)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(jì)的基礎(chǔ)采用三個(gè)或更多的UPS模塊，具有獨(dú)立的輸入輸出饋線。獨(dú)立的輸出母線通過多個(gè)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(jì)和雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)(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(diǎn)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

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

l 與2(N+1)設(shè)計(jì)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(dú)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(jì)的缺點(diǎn)：

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(jì)依賴于STS設(shè)備的正確操作，STS設(shè)備代表單點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)為哪個(gè)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(jì)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(duì)這種結(jié)構(gòu)變體的命名。有了這種設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可以創(chuàng)建獨(dú)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(jì)成消除所有可能出現(xiàn)的單點(diǎn)故障。然而，消除的單點(diǎn)故障越多，實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)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(dú)立的、特別設(shè)計(jì)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(jì)。它可以非常簡(jiǎn)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(gè)名字，但設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)可能會(huì)有很大的差異，這同樣是在負(fù)責(zé)該工作的設(shè)計(jì)工程師的視野和知識(shí)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(dú)立的配電板，甚至從獨(dú)立的電網(wǎng)和可能獨(dú)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(jì)優(yōu)點(diǎn)：

l 兩個(gè)單獨(dú)的電源路徑允許沒有單點(diǎn)故障，容錯(cuò)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(jì)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(gè)系統(tǒng)向哪個(gè)負(fù)載供電。

雙系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)缺點(diǎn)：

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(zhǎng)期處于低效率運(yùn)行狀態(tài)；

l 配電建筑需要全新設(shè)計(jì)來適配UPS系統(tǒng)。

2.其他的供電冗余設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)服務(wù)器供電的可靠性，一般配置兩個(gè)電源接口，當(dāng)一路斷電時(shí)，另外一路可獨(dú)立滿足供電需求。但在實(shí)際情況中，由于機(jī)柜后部溫度較高、服務(wù)器風(fēng)扇震動(dòng)、運(yùn)維人員操作不當(dāng)?shù)仍�因，�?huì)有一定概率導(dǎo)致電源線脫落。

在此情況下，關(guān)鍵部位的配電故障事實(shí)上很難從設(shè)計(jì)上進(jìn)行修改，所以我們大多會(huì)從更高的安全冗余設(shè)計(jì)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(diǎn)：

l 自鎖設(shè)計(jì)牢固不脫落。在施加120N拉力的情況下都不會(huì)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(shí)不會(huì)對(duì)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(zhǎng)，電源線長(zhǎng)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(jiǎn)單、清晰，提高空氣流動(dòng)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(shí)阻礙了機(jī)柜內(nèi)空氣的流動(dòng)，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(jiǎn)單，柜內(nèi)的電源排布更加清晰，提高空氣流動(dòng)效率，提升散熱水平。