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UPS电源|数据中心电力基础设施

发布时间:2022-12-09 15:30:48人气:

在我之前关于数据中心的文章中,我们已经看到数据中心基础设施有四个主要的关键约束。通常,有四个主要的物理关键支柱是数据中心成功运行的主要因素,它们是电力、冷却、连接、空间。

这些支柱中的每一个对我们数据中心的成功都有其独特的作用。让我们详细研究一下其中的每一个,到本文结束时,您一定会了解这些的重要性。在本文中,您将详细介绍电力基础设施,

电力基础设施

当您考虑电力的重要性时,您就会知道每个机械、电气和操作部件都需要利用电力才能正常运行。尽管利用率会因设备领域而异,但电气基础设施是这四大支柱中最重要的部分。我们可以说,配电系统是任何关键设施的核心,在关键站点及其周围工作的每个人都至少了解配电系统的基础知识,这一点至关重要。

数据中心涉及多个电气元件。从市电到机架PDU(电源板)的配电结构通常称为动力传动系。让我们以图片格式查看,如下所示,

动力传动系结构

因此,让我告诉您具有N + 1配置的数据中心将具有以下电气组件来支持电力基础设施。

主电源输入

中压开关设备,包括中压/低压变压器

低压开关设备/配电盘

带输入/输出配电盘和 UPS 配电盘的 UPS 系统

开关

电机控制中心

面板

配电单元 (PDU) 和远程配电盘 (RPP)

机架电源板

让我们来看看实现动力传动系的每个组件(上图),以了解其功能。

市电

这是您的电能来源,如果没有市电,我们将永远无法在数据中心实现电力解决方案。来自公用事业的电力将始终消耗用于绕过发电机组的操作。在市电不足的任何情况下,发电机组将控制此操作。每个大型数据中心的电源都从与主电网的连接开始,主电网由当地公用事业公司提供。

在数据中心,主电源采用三相配电。它通常用于工业中驱动电机和其他设备。主要分布在数据中心的电流是交流电(AC)。如果您所在地区遵循英国标准,则主要电力供应为每秒 50 个周期,因此可以说为 50 Hz,如果这是美国标准,那么我们会说它将是 60 Hz。

发电机组

如果市电不可用,ATS 将触发应急电源。在大多数数据中心,这意味着现场发电机。备用发电机的功能是在主电源中断时提供电力。数据中心组件不容易容忍由于从正常电源切换到应急电源而导致的电源尖峰。当这些组件断电时(如果只有几分之一秒),则需要完全重新启动。这可能会导致系统停机、启动问题和进程内信息的丢失。

发电机组

当设施中的市电丢失时,会发生以下一系列事件,

UPS 为安全和数据中心供电

应急发电机启动和自动转换开关转换为应急电源

开关设备将电源路由到关键和非关键负载

UPS 传输正常运行,数据中心和安全由应急发电机供电

当恢复正常电源时,自动转换开关将电源路由到公用设施,并为关键和非关键负载供电。

数据中心和安全部门不会中断电源,并在断电时继续正常运行。HVAC 和工作站等组件可能需要重置才能恢复正常运行。工作站通常包含单独的UPS备份,以使计算机在短时间内保持电源。

主配电盘(主PDU或开关设备)

从动力传动系图中可以看出,来自公用事业的电力直接运行到主配电盘,我们可以说电力通过配电盘(或配电盘)呈现给数据中心

主配电盘(主PDU或开关设备)

输入电路被分成多个输出电路,以馈送数据中心内的不同区域或负载。输出电缆由适当的保险丝或断路器保护,因此任何电路上的故障只会影响该电路,而不会使整个设施跳闸。馈电负载的电缆可以是单相或三相,并且还将包含中性线和接地导体。


注意:公用事业提供商的馈电是高电压和低电流,这使他们能够利用较小的导体进行更远的距离。

不间断电源 (UPS) 系统旨在确保在恶劣环境中的安全、安保和操作连续性。UPS在数据中心环境中的使用和容量完全取决于数据中心的设计和操作。一些数据中心不使用UPS电源,而是使用DRUPS设计柴油发电机(它存储动能以启动发电机)。而大多数数据中心使用静态UPS作为备份而不是DRUP。

不间断电源

UPS 在物理尺寸、重量、外形尺寸(例如独立与机架式)、容量、支持的输入电源(例如单相与 3 相)、技术设计和成本方面差异很大。有许多与数据中心(或其他任务关键型设施)的UPS相关的设计决策,例如:

要保护的负载的大小

  • 所需的电池运行时间

  • 适当的输入和输出电压

  • 正确的系统类型(在线、在线互动)

  • 制造商产品组合中的定价和性能

  • 技术进步

  • 理想的冗余级别(即 N、N+1、2N、2N+1 等)

  • 所需的输出分布

UPS 的备份时间 – 这是当正常交流电源发生故障时,UPS 可以在标称条件下从其电池为额定负载供电的时间。这个时间取决于电池。典型的备份时间可以设计为长达 30 分钟。工业 UPS 系统 通常 包括 专门 设计 的 NI- CD 电池 阵列, 可 承受 恶劣 条件, 并 可 在必要时 提供 长时间 的 备用 电力, 尤其是在 极端 温度 的 偏远 地区。

UPS系统的另一个好处是能够清洁输入的市电。正常的市电电压变化很大,具体取决于服务提供的其他负载。这些电压波动对服务器中的电源有害,并可能缩短其使用寿命或更糟:销毁它们。UPS装置通过将市电从交流电转换为直流电,然后再转换回交流电来清洁电力;此过程称为“双重转换”。

配电单元

标准没有明确定义PDU,它们有许多配置,尽管它们都具有共同的特性和功能。它们的基本功能是通过电缆和插座或通过架空总线轨道系统向机架分配电源。PDU 主要有三种类型,

  • 哑(无检测 – 不可管理)

  • 计量(配备显示每相电流负载的显示屏)

  • 开关(插座可以单独远程打开或关闭)

选择 PDU 的一个挑战是平衡开关 PDU 的相对高成本、强大功能和低风险,以及哑 PDU 相对较低的成本(但风险较高且缺乏可管理性)。

使用哑PDU,数据中心电源存在相位不平衡的风险;设备可能会意外插入,可能会使断路器跳闸。这可能会导致关键设备意外“紧急”关闭,导致数据丢失或损坏,以及代价高昂的硬件损坏。

根据输入市电电源的质量,PDU可能配备内部变压器,其中电能质量容易波动。

远程电源面板

远程电源面板(RPP)就像没有变压器的PDU,因此更小(大约是标准凸起地砖的大小)。RPP 最多可以包含四个配电板和一个监控系统,并将电源分配给 IT 机架。RPP 通常由一个或多个 PDU 子馈电断路器供电。通常,RPP 位于 IT 空间(空白区域)中,用于分配、控制和监控从上游 UPS 系统到 IT 机架的关键电源。

远程电源面板


使用远程电源面板的一些优点如下,

  • 缩短 PDU 和各个负载之间的电缆长度

  • 优化可用占地面积

  • 简化服务器整合计划

  • 满足增长需求

  • 改造任何现有的配电系统

  • 配备集成能源管理系统

机架电源板(机架 PDU)

机架配电盘安装在 IT 机架中,由上游 PDU 或 RPP 的配接连接器供电。

为此有多种选择。它可以是单相或三相,水平或垂直形状,计量或不计量,IP寻址用于远程管理和监控。


机架电源板(机架 PDU)


电源保护的重要性

我们已经看到了数据中心电力基础设施中包含的主要组件。那么,在数据中心中拥有高可用性的电力有多重要?

让我们看看IT系统停电后可能发生的一些事实。

  • 超过 33% 的公司需要一天以上的时间才能恢复

  • 10%的公司需要一周以上的时间

  • 重新配置网络最多可能需要 48 小时

  • 重新输入丢失的数据可能需要几天或几周的时间

数据中心停电的原因是什么,我们如何预防?数据中心停电主要有四个区域。

  • 操作测试和监控不足/不一致。

  • 设计和实施中缺乏冗余。

  • 缺乏系统级电源控制管理。

  • 缺乏适当的预防性维护。

最常见的是 – 人为错误