概述UPS電源在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

當(dāng)今世界的云計(jì)算使用量正在增加，隨時(shí)連接到互聯(lián)網(wǎng)是一種常態(tài)。人們帶著智能手機(jī)四處走動(dòng)，智能手機(jī)一直與互聯(lián)網(wǎng)相連。通過(guò)流媒體服務(wù)盡情享受整季節(jié)目已經(jīng)成為觀看電視節(jié)目的首選方法。云有這么多廣泛的用途，我不可能把它們都列在這里。有一件事是肯定的。所有這些使用互聯(lián)網(wǎng)和云的設(shè)備需要非常大的存儲(chǔ)空間和基礎(chǔ)設(shè)施。這是數(shù)據(jù)中心的工作。數(shù)據(jù)中心是互聯(lián)網(wǎng)的核心。為確保這些信息在100％的時(shí)間內(nèi)可用，數(shù)據(jù)中心是為最大的可靠性而設(shè)計(jì)的。

不間斷電源（UPS）是每個(gè)數(shù)據(jù)中心用來(lái)確保服務(wù)器和所有敏感計(jì)算設(shè)備不受電力線干擾和電能質(zhì)量問(wèn)題影響的設(shè)備之一。

數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中的直流電源

諸如服務(wù)器和路由器之類(lèi)的計(jì)算設(shè)備都依賴于內(nèi)部電源來(lái)提供運(yùn)行處理器和外圍設(shè)備所需的調(diào)節(jié)直流電源。這些電源只能在計(jì)算設(shè)備易于關(guān)閉或過(guò)載之前處理電源電壓的某種變化。信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)委員會(huì)（ITI）創(chuàng)建了一條曲線和應(yīng)用說(shuō)明，描述了典型信息技術(shù)設(shè)備可以忍受的輸入電壓范圍。它被稱(chēng)為ITI（CBEMA）曲線。

ITI（CBEMA）曲線。來(lái)自Keysight的圖片

應(yīng)用筆記定義了ITI曲線描述的七種電能質(zhì)量事件。例如，曲線顯示大多數(shù)設(shè)備能夠承受高達(dá)20 ms的電壓降。UPS的設(shè)計(jì)是為了確保計(jì)算設(shè)備的輸入電壓在電壓范圍的“功能區(qū)無(wú)中斷”范圍內(nèi)。

不間斷電源的組件

有幾種類(lèi)型的不間斷電源，將在下面定義，但所有UPS系統(tǒng)都將使用以下組件。

整流器：整流器將輸入交流電轉(zhuǎn)換為直流電。該直流電將用于為儲(chǔ)能系統(tǒng)供電。

儲(chǔ)能：每個(gè)UPS都會(huì)使用某種系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)能量，以防輸入電源故障。這種能量可以以電池、飛輪或超級(jí)電容器的形式存儲(chǔ)，是UPS提供不間斷電源的原因。

逆變器：逆變器將來(lái)自整流器或儲(chǔ)能系統(tǒng)的直流電轉(zhuǎn)換為負(fù)載使用的所需交流電。

示例UPS的基本系統(tǒng)配置，EatonE系列DX三相UPS。圖片由Eaton提供。

不間斷電源的類(lèi)型

待機(jī)/離線：備用UPS有兩種模式。在正常運(yùn)行期間，輸入功率直接饋送到輸出負(fù)載而沒(méi)有濾波。當(dāng)檢測(cè)到斷電時(shí)，固態(tài)開(kāi)關(guān)用于將負(fù)載轉(zhuǎn)移到電池電源。

線路交互：與備用UPS類(lèi)似，但能夠根據(jù)過(guò)壓和欠壓情況調(diào)整輸出，而無(wú)需切換到電池。當(dāng)檢測(cè)到斷電時(shí)，固態(tài)開(kāi)關(guān)用于將負(fù)載轉(zhuǎn)移到電池電源。

在線/雙轉(zhuǎn)換：在線UPS使用雙轉(zhuǎn)換電力電子設(shè)備。在此拓?fù)渲校姵叵到y(tǒng)始終處于連接狀態(tài)，無(wú)需切換到備用電源。正常運(yùn)行的功率流是通過(guò)整流器、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及通過(guò)逆變器進(jìn)行充電的。

在線雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)

關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心通常會(huì)使用在線雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng)。我們已經(jīng)知道在線UPS將配備整流器、儲(chǔ)能系統(tǒng)和逆變器。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，還將包括一個(gè)內(nèi)部自動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)到旁路電源的轉(zhuǎn)換。如果在UPS內(nèi)檢測(cè)到問(wèn)題或故障，將自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心的UPS系統(tǒng)也使用外部維護(hù)旁路。這是一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備，允許手動(dòng)將關(guān)鍵負(fù)載從UPS轉(zhuǎn)移到旁路電源。手動(dòng)轉(zhuǎn)移到外部旁路電源允許完全切斷電源，以便在UPS內(nèi)部進(jìn)行安全的維護(hù)工作。

UPS冗余需要高正常運(yùn)行時(shí)間

為了滿足數(shù)據(jù)中心的高正常運(yùn)行時(shí)間要求，UPS系統(tǒng)通常采用冗余配置。

N + 1冗余

讓我們將“N”定義為處理總負(fù)載所需的全部UPS容量。對(duì)于簡(jiǎn)單冗余，安裝了額外的模塊。在這種多模塊系統(tǒng)中，每個(gè)UPS都能夠提供所需的“N”電源。這被稱(chēng)為N + 1冗余。

2N冗余

企業(yè)級(jí)IT設(shè)備通常支持雙電源操作。該設(shè)備可以連接到多個(gè)電源。在數(shù)據(jù)中心，這兩個(gè)來(lái)源將是獨(dú)立的UPS系統(tǒng)?！癆側(cè)”和“B側(cè)”可以為計(jì)算機(jī)設(shè)備供電。每一方都能夠處理100％的負(fù)載能力。這被稱(chēng)為2N冗余。

2（N + 1）冗余

這兩個(gè)概念也可以結(jié)合起來(lái)。以具有2N冗余配電系統(tǒng)為例，不是每側(cè)一個(gè)模塊UPS，而是多個(gè)模塊。這在每側(cè)提供N + 1冗余。這被稱(chēng)為2（N + 1）冗余。

無(wú)變壓器多級(jí)UPS拓?fù)?/p>

如今，部署在數(shù)據(jù)中心的最先進(jìn)的UPS系統(tǒng)使用無(wú)變壓器的多級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可確保最高的可靠性和效率。制造商也開(kāi)始使用寬帶隙晶體管，如碳化硅（SiC）。這在雙轉(zhuǎn)換模式下將UPS系統(tǒng)的效率提高了98％。

總結(jié)

隨著互聯(lián)網(wǎng)使用量日益增加，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)中心正在建設(shè)中。UPS系統(tǒng)是確保數(shù)據(jù)中心內(nèi)的每臺(tái)計(jì)算機(jī)始終運(yùn)行的核心。下次當(dāng)你播放你最喜歡的節(jié)目時(shí)，請(qǐng)記住所有信息都是通過(guò)UPS不間斷提供的。