UPS供电系统冗余性与可靠性之间的权衡
发布时间:2015-07-02 09:36

    如今的数据中心行业,面临着数据和网络容量成倍增长的需求,以及电力分配和电力基础设施解决方案拓扑结构改变的挑战,这其中包括防止数据中心设施或系统因断电出现异常和故障,具有更广泛的电力可靠性的UPS供电系统。

    UPS供电系统的可靠性并不仅仅以其运行时间来计算(几小时或几天),还要通过事件的(在“多年来单一事件测量”)的数目来衡量。对于传统关键任务的数据中心来说,其故障事件的数量与其发生的重要事件的数量相同。

    UPS行业对这些通过设备和配电冗余,以提高可靠性的UPS供电系统保护拓扑结构进行了回应。UPS供电系统采用冗余结构无疑提高了可靠性、效率、以及负载分担水平,但由于其冗余配置,增加了设备,使其资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)的成本不断上升。

    通常UPS供电系统采用冗余拓扑,其可靠性水平较高。根据调查机构UptimeInstitute提供的数据,TierIV级数据中心每年发生的事故小于一个,每一年的停机时间上于0.8小时。而人们往往会问这样的问题:“这么高的可靠性,企业要付出什么样的代价?”和“人们到底需要什么样的数据中心?”或者简单地说,“如何才能将数据中心的规模和功能与其供电系统进行正确的匹配?”

    适合的冗余度和可靠性

    随着数据中心市场多样化,某些领域和应用程序只需要很少的关键电源保护(例如,Uptime Institute处理云计算社交媒体或搜索引擎的一级数据中心)。而其他的可保证100%的正常运行时间的服务级别协议(SLA)的托管数据中心的要求更高一些,例如,运行视频流媒体,电子商务和金融/股票交易这些关键任务应用的数据中心,其数据中心评级可为TierIII/IV级。还有一些对正常运行时间和可靠性有着更高要求的数据中心,其评级可为TierIITierIII级。

    Uptime Institute对于每个数据中心等级的排名,通常对应UPS供电系统采取冗余拓扑的级别。这些拓扑结构可以采用多种不同的配置来实现。最佳的UPS系统的选择取决于重要的因素,包括冗余、负载功率(千瓦或千瓦)、故障隔离,负荷分担,资产利用率,容量扩展和所有权的CAPEXOPEX测得的总拥有成本(TCO)。

    N系统拓扑

N系统是最基本的关键供电拓扑结构,其中“N”是用千瓦衡量的负载能力。这种供电系统其实并没有冗余的UPS模块,因此UPS供电系统的可靠性不高。

    1  N系统拓扑

    N系统的拓扑结构也有多个“单一”的故障点,每年故障事件为一到两个,因此这是不太可靠的拓扑结构。而这个单一的故障点被定义一旦失效,那么整个系统就将停止工作。而对于某些风险低的业务,如内部信息技术(IT)等,其故障对一个企业或大型集团的用户并不会产生太大影响,这种拓扑结构才能说是有效的。

    N系统的拓扑结构的主要优点是配置和运营成本低(不含与非计划停机相关的成本)。另一个优点是这种系统的资产利用率高。一个N系统拓扑结构的UPS模块,其设计负载可以达到全负荷额定值的80%到90%。

    N+1系统拓扑

N+1”系统拓扑为了提高可靠性,添加了冗余组件。“N”是与总负载相等的载荷能力,“1”是指在UPS供电系统中一个额外进行冗余保护的UPS。这些系统通常为UPS模块并联结构,但这种拓扑仍然有多个单点故障的风险,如UPS模块的输出并联总线。“N+1”系统并没有冗余分配路径,因此如果有单点故障的话,每年也许会有发生一个事件。

    2N+1”并联冗余UPS供电系统拓扑

    而“N+1”并联冗余拓扑通常适用于那些提供基于互联网服务的低依赖性企业。

    N+1”系统的拓扑结构,具有较少的冗余元件和较高的利用率,其初始成本和运营成本较低。而其较高的利用率取决于负载的模块或发电机的数量。其满负荷额定值为UPS功率模块总和的80%到90%,而系统会增加额外的模块和发电机。例如,一个UPS系统由2个功率模块组成,那么正常情况下,一个功率模块分担40%到50%的负载量,而一个“N+1”系统由5个模块组成,那么每个模块的负载量最高只能达到25%。



序号

电厂名称及机组号

机组容量

(MW)

1

徐州发电有限公司2×1000MW机组建设工程

2×1000MW

2

中电投上海外高桥第三发电厂

2×1000MW

3

国电谏壁发电厂2×1000MW机组扩建工程脱硫

2×1000MW

4

华能沁北电厂三期(2×1000MW)工程

2×1000MW

5

国电谏壁发电厂2×1000MW机组扩建工程烟气脱硝工程

2×1000MW

6

徐州发电有限公司2×1000MW机组脱硫工程

2×1000MW

7

汕尾发电厂一期34号机组烟气脱硫工程EP项目

2×1000MW

8

华润电力(贺州)有限公司一期工程(2×1000MW级)超超临界机组

2×1000MW

9

国华徐州发电有限公司“上大压小”工程2×1000MW超超临界火电机组脱硫

2×1000MW

10

华润电力蒲圻电厂2×1000MW超超临界机组

2×1000MW

11

国电汉川发电有限公司2×1000MW机组

烟气脱硫岛EPC总承包工程

2×1000MW

12

陕西清水川发电有限公司陕西府谷清水川煤电一体化项目电厂二期(2×1000MW)工程

2×1000MW

13

华润浙江苍南发电厂2×1000MW超超临界机组工程

2×1000MW

14

华润电力(贺州)有限公司一期工程(2×1000MW级)超超临界机组

2×1000MW

15

华润电力蒲圻电厂2×1000MW超超临界机组

2×1000MW

16

华润海丰电厂2×1000MW超超临界燃煤发电机组工程

2×1000MW

17

广西防城港电厂二期扩建工程2×660MW超超临界机组

2×660MW

18

华润电力焦作有限公司2×660MW超超临界机组工程

2×660MW

19

浙江浙能北仑发电有限公司5#机组

5×660MW

20

国电南宁发电有限责任公司

南宁电厂2×660MW机组新建工程

2×660MW