浅析IDC机房用UPS供电系统

浅析IDC机房用UPS供电系统

方向明

中时讯通建设有限公司

摘要：本文主要简述了IDC机房用UPS供电系统应有的基本特性，以及分析了IDC机房电源系统配置原则。

关键词：IDC机房；UPS供电系统；基本特性；原则

一、IDC机房用UPS供电系统应有的基本特性

随着信息化时代的到来、大批IDC机房如雨后春笋般地出现在电信企业、金融企业、政府网站和制造业中。互联网数据处理中心（IDC）承担着为入驻的各类网站、企业和用户提供能处理突发性的大数据吞吐量的，高效数据传输率的，能连续地执行高速宽带互联网增值服务任务，从而使得各类用户在信息网络上能顺利地完成各种信息资源（数据，语音和图形等信息）的交换/分享操作任务、而执行着各种网管操作功能的网络枢纽调控中心。鉴于当今被安装于信息网络机房内的绝大多数IT设备（服务器、交换机、光端机、网关、磁盘阵列机和通信设备）所允许的瞬间供电中断时间仅为0.01～0.02s左右。这就意味着：对于关键性的IDC机房所用的UPS供电系统而言，在运行中如果出现0.02s以上瞬间供电中断的故障时，就会造成网络瘫痪事故发生。众所周知：一旦网络瘫痪后，要想让整个网络重新恢复正常工作往往需耗时几十分钟至几小时。显而易见，由此会给用户带来巨大的经济损失。基于上述原因：对于负责向IDC机房供电的UPS供电系统而言，必须满足如下基本要求：

（1）采用带输出隔离压器的双变换、在线式UPS来提供纯洁的逆变器电源。

大量的运行实践表明：只有带输出隔离压器的双变换、在线式UPS电源才有可能向IDC机房提供同时具有稳压的、连续供电的、无频率突变的、无干扰的、无波形失真的、零线对地线电位低的纯洁正弦波电源（凡是熟悉IDC机房运行的人士均知道：为确保服务器、小型机等能高效运行的前提之一是：供电系统的零线对地线电位<1V）。其中稳压和连续供电的两种特性是确保IT硬件安全运行的前提条件，而后四种特性则是确保IT设备在数据处理、存储和传送操作的全过程中实现高速宽带、可靠操作的必要条件（它可降低误码率/逻辑操作错）。有鉴于此，在IDC机房中不宜选用价格便宜的非双变换、在线式UPS或不带输出隔离压器的双变换、在线式UPS（它的零线对地线电位过高）。

（2）对于IDC机房用的供电系统来说，它是不允许UPS进入由市电经交流旁路供电的工作状态的。这是因为：一旦UPS处于交流旁路供电的工作状态时（包括交流静态旁路和维修旁路），此时用户的所有关键性负载都是由毫无安全保障的低质量电源来供电的，它会对信息网络的安全运行带来下述的严重故障隐患。

*输入电源出现瞬间供电中断（大于0.02s的瞬间停电）故障→信息网络设备关机/莫明其妙地开机自检误动作，从而导致网络瘫痪发生。这种危险性存在于：一旦在公用电网上因故发生停电/短路故障时，重者就会因长时间的停电而造成信息网络设备关机，轻者就会因信息网络设备莫明其妙地开机自检误动作而造成网络瘫痪（例如：对于未采用双总线输出设计方案的UPS供电系统来说，一旦在输入电网/UPS输出端因故出现严重过载/短路故障时，就会因断路器开关的跳闸时间/熔断器的熔断时间高达几十到几百毫秒左右、从而导致大于0.02s的瞬间供电中断故障发生）。

*串入各种电源干扰→误码率增大、逻辑操作错，从而导致信息网络的有效运行速率急剧下降/信息网络设备莫明其妙地死机（网络瘫痪）；

（3）对于IDC机房用的供电系统来说，当它工作在恶劣运行条件时（例如：在它的电源输入端出现高能浪涌/频率突变时；在其UPS电源输出端有启动浪涌电流很大的非线性负载投入时），能否确保UPS供电系统继续稳定可靠地运行是能否消除网络瘫痪故障隐患的重要条件之一。

二、IDC机房电源系统配置原则

IDC机房电源系统配置应将模块化交流UPC供电系统作为辅助系统，其主要系统应该选用240V高压直流供电系统。这种模式的供电方式较为安全可靠。

（1）IDC机房中以240V高压直流供电系统为主，其240V高压直流供电系统应采用分散供电的方式，并对单个的系统容量进行规定，规定每个系统的容留不宜超过1500A。

（2）240V高压直流供电系统总输出量的选择应当以负责总容量和蓄电池的均充容量为根据，后对240V高压直流供电系统总输出量进行选择。

（3）对240V高压直流供电系统的高频开关整流模块的额定输出容量进行选择，应以该系统设计容量的大小为依据，作出合理的选择，使240V高压直流供电系统的高频开关整流模块的额定输出容量不过大也不会太小，目前形势额定输出电流应选择20A、40A、50A，这三种电流额度是目前最佳的选择。

（4）在每一个240V高压直流供电系统中，都有整流机架的使用，所以对系统中并联使用的整流机架也作出了相应的规定，规定每个系统中的并联整流机架不宜多余3个，在内阁整流机架的内部都安装有整流模块，整流模块的数量不宜过多，必须小于20只。模块采用N+1冗余配置的原则，改原则规定当N小于或等于10的时候，选取其中一个作为备用；当N大于10的时候，每十个里应选取一个作为备用。

（5）240V高压直流供电系统中应用的蓄电池也不宜过多，每个系统中的蓄电池最好在2到4组。处在同一供电区域的IDC机房，此处的机房分为具有自动启动系统功能并且与市电可以实现自动倒换发电机的机房，还有就是不具备自动启动功能与市电之间也不具备自动倒换发电机的机房，这两类机房中对蓄电池的选择方式是不同的，对于具有自动启动功能且可以市电自动倒换发电机的IDC机房，蓄电池的选择要在满载半小时后进行容量的选取，而不具备自动启动功能且不能与市电自动倒换发电机的IDC机房，蓄电池选取应当在满载1小时后济宁冗联的选取。

三、UPS系统方案的确定

UPS系统作为IDC机房重要供电电源，其供电方案的好坏对整个通信设备的运行具有重要影响，因此最优方案的制定，不仅可保障设备安全可靠供电，同时也可降低成本。

（一）机房平面规划

某通信运营商新建通信机楼共5层，本期工程将在某楼层建设IDC机房，根据传输及数据专业设备的需求。

（二）负荷估算

本期工程单层机房面积约2150ｍ２，其中通信机房1500ｍ２，电力机房650ｍ２。本期工程共规划216架机柜，每架机柜按6kW估算。根据该楼层规划机架数，对近期、远期工艺负荷估算如下。

（1）近期负荷估算

该通信大楼的近期负荷估算如表１所示。

表１近期负荷估算表

注：ａ．该机架数量不含列头柜；

ｂ．空调末端按通信负荷的60％考虑；

ｃ．电池充电负荷按通信负荷的15％考虑；

ｄ．建筑负荷按每平米70Ｗ考虑，按自有区域640ｍ2，合作区域560ｍ2估算。

考虑IDC设备同时系数取0.9，需求系数取１；功率因数取0.9；因此本期工程共需2102KVA市电容量。

（2）远期负荷估算

（3）UPS供电系统

根据机房新增通信负荷总计1535KW（近期1153KW＋远期382KW），按N＋X原则配置，X=1。本期工程共需配置4套UPS系统，其中1＃UPS系统为１套300KVA（3+1）系统，2＃UPS系统为１套300KVA（2+1）系统，3＃UPS系统为１套400KVA（2+1）系统，4＃UPS系统为１套400KVA（1+1）系统，分别给自用、合作区域供电，系统总负荷1728KW（按系统80％利用率考虑）。

总结

UPS系统作为IDC机房重要供电电源，其供电方案的好坏对整个通信设备的运行具有重要影响，因此最优方案的制定，不仅可保障设备安全可靠供电，同时也可降低成本。在当前竞争形势下，运营商等企业不断地建设数据机房，并引入大量的新业务，导致通信设备的集成度越来越高，单机架功耗上升，为保证通信设备的安全运营，通信电源建设方案与选型尤为重要。某运营商有一处新建IDC机房，为满足通信设备的供电需求，急需合理配置UPS系统。

参考文献：

[1]IDC机房UPS系统案例分析_吴静

[2]IDC机房电源系统配置原则探讨_曾金辉

[3]超大型IDC机房用智能化UPS供电系统_李成章