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  • 1 # 中國強弱電智慧化網

    網際網路資料中心(IDC)和多媒體資料中心(MDC)是高速網際網路的調控中心。使用者對它們所承擔的對資訊資源(資料、語音和影象資訊)的遠端處理、儲存和轉送的“時效性”要求極高。哪怕是僅幾秒鐘的“停機”均會給整個網際網路的安全執行和使用者的生產經營帶來無法估量的損失。嚴重時,甚至會造成社會和經濟生活的嚴重癱瘓。因此,IDC必須向用戶提供365×24h連續不斷的高速、安全和可靠的資訊資源增值服務。為達此目的,從設計原則上講,承擔著向IDC機房供電任務的整個電源系統都必須採用具有高度“容錯”功能的冗餘式的供電方案,以確保無論是在市電電網出故障時或是在某臺“雙變換、線上式UPS電源”的逆變器發生故障時,還是在進行日常維護/檢修操作時或因故致使保險絲燒燬/斷路器開關“跳閘”時,互聯裝置均應由“線上式UPS”的逆變器電源來供電,而不應進入由普通的市電電源/應急備用發電機組經UPS的交流旁路來供電的狀態。這是因為只有“線上式UPS”的逆變器電源才有可能向用戶的負載提供同時具有穩壓、無頻率“突變”,無干擾和波形失真度極小的高質量正弦波電源。對於包括後備式UPS,線上互動式UPS在內的“非線上式UPS”來說,它們主要對輸入電源的電壓進行調整,對輸入電壓的頻率波動,各種電源干擾和電壓失真度並無“實質性”的改善。這就意味著,在整個供電系統中,不應存在單點“瓶頸”故障隱患。為此,應儘可能地配置具有高度“容錯”功能的UPS冗餘供電系統。也就是說,在這種UPS供電系統的執行中,即使遇到某些“部件”偶然發生“故障”時,整個UPS供電系統必須仍能正常工作。

      根據當今UPS產業的技術發展水平,以選用具有“雙匯流排輸入”和“雙匯流排輸出”供電功能的UPS冗餘供電系統為宜。它是由如下幾部分供電系統所構成的:

      1)雙匯流排輸入供電系統

      雙匯流排輸入供電系統基本配置為:由市電輸入電源+備用發電機組+“自動切換”控制櫃+輸入配電櫃。自動切換控制系統時刻監視著各種輸入電源的實時執行狀態,並確保總是將其中最可靠的一路電源送到UPS的輸入端。對於某些重要的IDC機房而言,其“應急發電機”電源實際上是一套由多臺柴油發電機+發電機並機控制櫃所組成的冗餘式發電機供電系統。為確保後接的“N+1”型UPS冗餘供電系統能絕對安全可靠地執行,必須高度重視位於上述冗餘輸入電源供電系統中的各種裝置之間的“技術相容性”和“切換引數”的正確設定。

      2)雙匯流排輸出配電系統

      為了消除可能出現在UPS並機系統輸出端與使用者端之間的“單點瓶頸”故障隱患,有必要配置UPS的雙匯流排輸出配電系統。其基本配置是由“N+1”型UPS冗餘供電系統(優選“1+1”或“2+1”型並機供電方案)+輸出配電櫃+負載自動切換開關(LTS)所組成的UPS輸出供電系統。對於某些要求極高的場所,還應配置由負載同步控制器(LBS)+兩套“N+1”型UPS冗餘供電系統所組成的具有極高“容錯”功能的供電系統。鑑於目前在IDC機房中所用的伺服器和磁碟陣列機等產品中有(30~50)%為採用“雙電源輸入供電”體制的產品,對於這些裝置,可以直接將分別來自兩套“N+1”型並機系統的電源連線到這種“雙電源輸入裝置”的兩個輸入端上。對於採用“單電源輸入供電”方式的關鍵負載,則是將分別來自兩套“N+1”型並機系統的電源首先連線到“負載自動切換開關”(常見的是STS型的靜態開關和SS型的快速切換開關)的兩個輸入端上,然後再將使用者的關鍵裝置連線到“負載自動切換開關”的輸出端上。

      雙匯流排N+1系統高可靠性分析

      要想讓網際網路資料中心具有365×24h的“全天候”執行特性,對於向它提供電源的UPS產品的可靠性的要求是非常苛刻的。這是因為對於可靠性僅達99.999%的UPS產品來說,它在一年中可能造成的網際網路的停機時間長達316s,即使將UPS產品的可靠性提高到99.999999%,在一年中可能造成的停機時間仍有320ms之長。對於IDC機房而言,如果真的發生長達320ms的停機故障,它會帶來很大的損失。這是因為當前多數計算機所允許的瞬間供電中斷時間為10~18ms。否則,就會造成使用者的網控作業系統或執行軟體遭到破壞。因此,要想讓IDC機房真正具備能提供365×24h的連續不間斷的執行特性,絕不是當今的UPS產業可提供的UPS單機所能達到的。迄今為止,我們只能製造出故障率越來越低的UPS產品。然而,還製造不出“故障率為零”的UPS產品。在當今的技術條件下,採用“N+1”型UPS冗餘並機供電系統是消除單點“瓶頸”故障的最佳供電方案。它是在確保各臺UPS單機的逆變器輸出電壓處於同幅度、同頻率和同相位的條件下(出現在各種UPS單機之間的“環流”等於零),將“N+1”臺具有相同輸出功率的UPS單機置於並聯輸出狀態來執行的供電系統。

      為使UPS並機供電系統具有必要的“容錯”功能,要求使用者的最大負載量不應超過N臺UPS單機的總輸出功率。當UPS並機系統正常工作時,由“N+1”臺UPS單機來平均分擔負載電流。當某臺UPS出故障時,發生故障的那臺UPS透過執行“選擇性跳閘”操作而自動離線,此時,由剩下的N臺UPS繼續為使用者提供高質量的逆變器電源。

      隨著位於UPS冗餘系統中的UPS單機數量的增加,它不但會造成整套UPS冗餘並機供電系統的可靠性逐漸地下降,而且還會導致整套UPS冗餘並機系統的“輸出功率的餘量”也逐漸地減小(這意味著:UPS並機系統的抗輸出過載能力也在逐漸地降低)。因此,從應用技術的角度看,使用者應儘量地選用最可靠的“1+1”型或“2+1”型UPS冗餘供電系統。

      選配同IDC的集中監控系統“相容性”好的UPS冗餘供電系統

      為了滿足資訊網路對IDC和MDC機房實現無人或少人值守管理和遠端集中監控的需求,從而提高對UPS供電系統的“可管理性”,對網際網路資料中心來說,除本身應配置對它的所有IT裝置進行實時監控的網路管理系統之外,還應建立一套對“非IT裝置”的集中監控體系,以便對諸如空調機、配電櫃、電池組、發電機組、漏水警報、安全系統和消防系統等裝置的執行情況進行實時的監控和分析。為此,要求所選用的UPS冗餘供電系統應配置有如下通訊介面:

      1)在UPS上配置RS232/RS485介面,Modem或SNMP介面卡;

      2)用於顯示UPS的工作狀態/報警資訊的“繼電器幹接點”型的輸出通訊介面;

      3)“使用者自定義”輸入訊號(門禁、煙霧、溫度、溼度等報警訊號)的“繼電器幹接點”型的輸入通訊介面;

      4)對各種“非IT裝置”配置必要的資料採集器;

      5)配置相應的集中監控和管理軟體包或通訊協議。

      利用上述的輸入/輸出通訊介面和相應的電源管理軟體或使用者現有的網管集中監控系統,就可以組成所謂的智慧化IDC和MDC機房的集中監控系統。在這樣的網管系統中,可實現的主要調控功能有:

      1)調閱在UPS的LED/LCD顯示屏上所能觀察到的UPS的實時執行引數(例如:輸入/輸出電壓、電流、頻率、有功功率/視在功率、功率因數及電池組的充放電電壓/電流等引數);

      2)“網際網路資料中心”所用的各種“機房環境調控裝置”的“執行大事記”(自各種裝置開機以來,按時序排列的,曾出現過的故障/報警/使用者所執行過的操作等資訊);

      3)萬一發生故障時,執行網路廣播報警(彈出報警視窗),電話或手機的自動撥號、自動傳呼或發E-Mail等操作,以便通知值班人員及時到現場排除故障或維修;

      4)對UPS的備用電池組執行可程式設計的電池容量“自測試”操作,如果發現電池的“實有容量(Ah)”偏低時,還應自動發出“電池需要更換”的預報警訊號;

      5)將“使用者的自定義”報警訊號(例如:溫度/溼度、門禁、消防等報警訊號)經UPS的輸入通訊介面被納入IDC機房或智慧化樓宇的統一的集中監控系統;

      6)由IDC和MDC的主管當局所指定的人員,根據不同的授權許可權,分級“重新調整”/設定各種相應裝置的執行引數或執行遠端的故障分析/診斷操作。

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