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N+X等于几?

写下这样一个标题,并不是要跟大家分享有关数学的问题,而是有关电源系统的冗余性问题。冗余就是重复的意思,在计算机术语中,冗余是为减少计算机系统或通信系统的故障概率,而对电路或信息的有意重复或部分重复。UPS的基本作用是为负载提供高质量、不间断的电力输出。但遗憾的是作为一种电子设备,UPS本身没有容错能力。传统在线式UPS系统虽然实现了蓄能供电及旁路转换过程的不间断供电,但随着电力需求标准的提高,用户渴望得到更为安全的UPS系统,甚至希望电源系统在故障、维护和维修过程中,负载仍能够得到UPS的全天候保护。

用户应根据所用设备的负荷量统计值来选择所需的UPS输出功率KVA值),为确保UPS系统的效率和尽可能延长UPS的使用寿命,一般推荐参数是:用户的负载量仅占UPS的输出功率的60%~70%为宜。

前言:

最初,用户通常选择串连热备份的冗余方式,从技术上要求比较低,参与串联的可以是普通单机,这种方案的缺点是设备老化程度不同、冗余度高≥100%),系统转换可靠度低,不能扩容。随后逐渐出现了1+1并联方案,这种冗余方案以100%设备冗余为代价,使系统拥有了一次容错能力;与单机及串连系统相比,可靠度得到了提高,但系统效率低下不超过75%)。N+1多机并联技术的出现使系统冗余度第一次降到了100%以下,并有能力构成容错性超过一次的N+X系统。影响多机并联发展的因素主要是能够参与并机的UPS容量普遍偏大、价格较高,不太适合100KVA以下的中功率用户使用。功率单元容量适中是模块系统的突出特点,这使得容量不足100KVA的用户也有了享受N+1甚至N+X级别安全保护的机会。

UPS额定输出容量的选择

数据中心机房供配电系统是一个交叉的系统,涉及到市电供电、防雷接地、防静电、UPS不间断供电、柴油发电机等,每个系统互相交叉,互有影响,这就使我们在布置时必须考虑多方面的因素,机房的供配电系统就是这基础工程的心脏和大动脉,供配电系统的稳定,能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行,下面了解一下机房供电需求及系统的布置方案。

模块化系统在功率器件技术和制造工艺方面继承了UPS技术发展的成果;在系统架构方面,其以多机并联为基础,不仅实现了系统单元的热插拔,而且更好地处理了系统单元独立运作、相互协作和平稳转换的关系。传统多机并联,因参与并联UPS功率较大,成本较高,故很难应用于中功率段用户。由于模块功率适当,不仅使N+1或N+X解决方案对中功率段用户有了现实意义,而且统计数据表明,与传统多机并联不同,多数用户在实际使用当中,处于N+X级别的保护之下。N+X并联冗余模式构成当今最为可靠的供电解决方案,模块方案使N+X安全模式得以普遍应用
。下图为冗余解决方案的对比情况。

用户应根据所用设备的负荷量统计值来选择所需的UPS输出功率KVA值),为确保UPS系统的效率和尽可能延长UPS的使用寿命,一般推荐参数是:用户的负载量仅占UPS的输出功率的60%~70%为宜。

(一)数据中心电力需求:

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–根据用户的不同配送系统,有三种UPS机型可供用户选择

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单进220V输入)/单出220V输出)

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三进380V输入)/单出220V输出)

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三进380V输入)/三出380V输出)

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–冗余供电对供电质量要求很高的计算中心、网管中心例如:银行、证券、航宇航中心等),为确保对负载供电的万无一失,常需要采用如下几种具有“容错”功能的冗余供电系统:

(1)模扩大、功率密度增高造成供电总容量的提高。
•单机柜负荷:2kW/台-3kW/台-4kW/台—更高;•
单位面积平均负荷:0.5kva/m2—1kva/m2-1.5kva/m2-2kva/m2—更高;

主机~从机型“热备份”冗余供电系统:其结构形式是将主机UPS的交流旁路连接到从机UPS的逆变器电源输出端,万一主机UPS出故障时,改由从机UPS带载。

(2)可靠性要求——供配电系统的可靠性要求相应提高。 •
供配电系统可靠性:99.00%-99.90%-99.99%—99.999%——更高;

“1+1”型直接并机冗余供电系统:它是通过将两台具有相同功率UPS的输出置于同幅度、同相位和同频率的状态而直接并联起来。正常工作时,由两台UPS各承担1/2负载电流,万一其中一台UPS出故障时,由剩下的一台UPS来承担全部负载。这种并机系统的平均故障工作时间MTBF是单机UPS的7~8倍,从而大大提高系统的可靠性。

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多机直接并机冗余供电系统:某些UPS,可以将多台UPS以“N+1”冗余方式直接并机工作。请注意:随着多台并机系统中的N数量增大,并机系统的MTBF值会逐渐下降。

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考虑到用户负载启动时的冲击,一般情况下最佳负载容量应为UPS容量的80%左右。

(二)数据中心机房供配电系统需求分析

UPS的带载能力是用户选择UPS时首先要考虑的问题,即需要一个多大容量的UPS,被选中的UPS在各种情况下带负载的能力又如何,都是需要认真对待的。UPS不象变压器那样,只要负载功率不超过其额定输出容量kVA)数值,无论什么负载都行,UPS的输出容量不仅与负载大小有关,还与负载的性质有关。合理配置系统容量既可保证UPS的供电质量,降低故障率,又可节省投资,提高经济效益。

随着数据中心的要求也不断提高,信息设备功能越来越强,功率密度越来越高。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kVA/台,提高到3kVA/台、4kVA/台,甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kVA每平方,提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方,甚至更高,数据中心用电负荷的统计应分为两个层次,即:UPS
供电系统负荷(输出)和市电供电系统负荷。

市电供电系统负荷(输出)的统计主要包括:UPS
供电系统(输入)、机房精密空调系统、机房照明及建筑电气设备等。UPS供电系统负荷(输入)=供电负荷+充电负荷。机房精密空调系统负荷=N台主用空调机组额定负荷容量×负荷率。

UPS供电系统负荷(输出)的统计主要包括:计算机设备、服务器、存储、网络设备、小型机等,在负荷设备明确时,按设备数据统计,具体负荷设备不明确时,按设备机柜平均负荷统计。设备机柜数量也不明确时,可按机房面积平均负荷估计。

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(三)数据中心机房供配电系统的布置

数据中心机房供配电系统主要设备有:UPS、电池、配电柜和柴油发电机等。这些设备单位占地面积、重量大,对于这些设备的摆放位置既要考虑功能上的需求,又要考虑空间和承重的需要,还要考虑对外界的危害。
数据中心机房供电系统应有独立的配电间、变配电所,UPS
电源机房应靠近设备机房(负荷中心)布置,这样能保证从UPS输出到用电设备之间的压降和损耗尽可能的小。