UPS能夠在應急突發(fā)情況下，將建筑物的電力源分配到數據中心的關鍵負載。在每一個數據中心的供電保障系統(tǒng)中，UPS都扮演了不可或缺的角色。那么數據中心的冗余意味著什么呢？常見的冗余方式又有哪些呢？小編給大家詳細總結了如下幾個方面。

一． 數據中心容量“N”

1.數據中心的冗余

長期以來，許多設計工程師試圖創(chuàng)建完美的UPS解決方案，以支持關鍵負載。設計的工程師及制造商對于冗余系統(tǒng)有多種名字，例如并聯冗余、隔離冗余、分布式冗余、熱連接、熱同步、多并聯母線、系統(tǒng)加系統(tǒng)、捕集系統(tǒng)和隔離并聯等。這些術語的問題在于，它們對不同的人有不同的含義，可以用不同的方式解釋，但這些設計的名稱往往不一定能表明它們在可用性范圍內的位置。目前市場上的UPS冗余方式最常用的有四種，包括:

1) 隔離冗余；

2) 并行冗余；

3) 分布式冗余；

4) 雙系統(tǒng)冗余。

下文，我們將會逐一介紹這四種冗余系統(tǒng)。

2.容量“N”的定義

容量“N”系統(tǒng)由單個UPS模塊或一組容量與臨界負荷匹配的模塊并聯組成。單一系統(tǒng)是目前UPS行業(yè)中最常見的配置。

圖1：容量為“N”的數據機房供電系統(tǒng)

3.容量“N”的理解

設計容量為400kw的機房，無論配備一臺400kw的UPS、還是兩臺200kw的UPS并聯在一根公共母線上，都是N配置。N配置可以看作是為臨界負載提供保護的最低要求。大多數“N”系統(tǒng)配置，特別是100kw以下的系統(tǒng)，都是安置在建筑物中，并不特別關心建筑物中整體電氣系統(tǒng)的配置。

二． 常見的四種冗余方式

1.隔離冗余

什么是隔離冗余？隔離冗余有時被稱為“N+1”系統(tǒng)，然而，它與并行冗余配置(也稱為“N+1”)有很大的不同。隔離冗余設計概念不需要并聯總線，也不要求模塊必須具有相同的容量，甚至不需要來自同一制造商。在這種配置中，有一個主UPS模塊，通常為負載供電�！案綦x”或“二級”UPS給主UPS模塊的靜態(tài)旁路供電。這種配置要求主UPS模塊有單獨的靜態(tài)旁路輸入。這是一種為之前的非冗余配置實現冗余的方法，而無需完全替換現有的UPS。

在正常運行場景下，主用UPS模塊承載全部臨界負荷，隔離模塊完全卸載。當主模塊負載轉移到靜態(tài)旁路時，隔離模塊將立即接受主模塊的全部負載。此方式必須仔細選擇隔離模塊，以確保它能夠如此迅速地承擔負載。如果無法快速承載，它本身可能會轉移到靜態(tài)旁路，從而破壞這種配置提供的額外保護。而且通常來說，這種配置帶來的可靠性收益往往被開關柜和相關控制的復雜性所抵消。

圖2：隔離冗余數據機房供電系統(tǒng)

隔離冗余的優(yōu)點：

l 靈活的產品選擇，產品可以與任何品牌或型號混合；

l 提供UPS容錯功能；

l 不需要同步；

l 對于雙UPS系統(tǒng)冗余來說，成本效益相對較高。

隔離冗余的缺點：

l 依賴主模塊靜態(tài)旁路的正確操作，從備用模塊接收電力；

l 要求兩個UPS模塊的靜態(tài)旁路必須正常工作，以提供超過逆變器能力的電流；

l 當二次UPS支持多個主UPS配置時，開關設備變得復雜和昂貴；

l 由于二次UPS負載為0%，運行成本較高，需要抽電維持運行；

l 兩個模塊系統(tǒng)(一個主要，一個次要)需要至少一個額外的斷路器，以允許在電網和其他UPS之間選擇旁路電源。這比具有公共負載總線的系統(tǒng)更復雜，進一步增加了人為錯誤的風險。

2.并行冗余

什么是并行冗余？并行冗余（同樣也稱為“N+1”配置）允許單個UPS模塊故障，而不需要將關鍵負載轉移到實用電源。這種配置是將多個相同大小的UPS模塊并聯到一個公共的輸出總線上。如果備用電量至少等于一個系統(tǒng)模塊的容量，則系統(tǒng)為N+1冗余;如果備用電源等于兩個系統(tǒng)模塊，則系統(tǒng)為N+2冗余。并聯冗余系統(tǒng)要求UPS模塊的容量和型號相同。模塊的輸出是通過外部并聯板進行同步的，或者在某些情況下，該功能嵌入UPS模塊本身。采用并聯冗余設計的UPS模塊在正常運行情況下平均分擔臨界負載。當其中一個模塊從并聯母線上被移除時(或者如果它由于內部故障而被移除)，其余的UPS模塊需要立即接受故障的UPS模塊的負載。這種能力允許任何一個模塊從總線上移除并進行修理，而不需要將臨界負載直連到電網。

圖3：并行冗余數據機房供電系統(tǒng)

并行冗余設計的優(yōu)點：

l 因為如果其中一個UPS模塊故障，可以利用額外的容量；

l 與隔離冗余相比，故障概率更低，因為斷路器更少，而且模塊一直在線(無階躍負載)；

l 可在功率需求增加時進行擴展�？梢栽谕�一個安裝中配置多個單元；

l 硬件布局概念簡單，成本效益好。

并行冗余設計的缺點

l 兩個模塊必須是相同的設計，相同的制造商，相同的評級，相同的技術和配置；

l UPS系統(tǒng)上下游仍存在單點故障；

l 在維護期間，如果服務超出單個UPS模塊的容量，負載可能暴露在無保護電源下。如果需要在并聯板或并聯控制或下游設備中提供服務，則負載將暴露在不受保護的電源下；

l 較低的操作效率，因為沒有單個設備的利用率是100%；

l 每個系統(tǒng)的單一負載總線，單一故障點。

4.分布式冗余

什么是分布式冗余？分布式冗余配置，也稱為三冗余，通常用于今天的大型數據中心市場，特別是在金融機構中。這種設計是在20世紀90年代末由一家工程公司開發(fā)的，旨在提供完全冗余的能力，而不需要為此付出相應的成本。本設計的基礎采用三個或更多的UPS模塊，具有獨立的輸入輸出饋線。獨立的輸出母線通過多個pdu連接到臨界負載。在某些情況下，STS也用于此體系結構。從電網入口到UPS，分布式冗余設計和雙系統(tǒng)設計(下一節(jié)將討論)非常相似。兩者都提供了并發(fā)維護，并最大限度地減少單點故障。主要區(qū)別在于為臨界負載提供冗余電源路徑所需的UPS模塊的數量。隨著負載需求“N”的增加，UPS模塊節(jié)省的數量也隨之增加�？偟膩碚f，分布式冗余系統(tǒng)通常被用于需要并行維護且空間有限的大型多兆瓦安裝。

分布式冗余設計的優(yōu)點：

l 如果所有負載都是雙編碼的，則允許對所有組件進行并發(fā)維護；

l 與2(N+1)設計相比，UPS模塊更少，節(jié)省成本；

l 從任何給定的雙線負載的角度來看，兩條單獨的電源路徑從服務入口提供冗余；

l UPS模塊、開關柜和其他配電設備可以在不將負載轉移到旁路模式的情況下進行維護。

分布式冗余設計的缺點：

l 與以前的配置相比，由于開關的廣泛使用，成本變得很高；

l 設計依賴于STS設備的正確操作，STS設備代表單點故障和復雜故障模式；

l 在擁有許多UPS模塊、許多靜態(tài)轉換開關和pdu的大型安裝中，很難保持系統(tǒng)負載均衡并知道哪個系統(tǒng)為哪個負載供電；

l 系統(tǒng)有許多操作模式和開關，使得人為的操作和檢修變得困難；

l 由于UPS正常運行低于滿負荷，存在效率低下的問題。

圖6：分布式冗余數據機房供電系統(tǒng)

三． 不同設計的可用性說明

1.雙系統(tǒng)冗余

什么是雙系統(tǒng)冗余？“系統(tǒng)+系統(tǒng)”、“隔離并聯”、“多并聯母線”、“雙端”、“2(N+1)”、“2N+2”、“[(N+1) + (N+1)]”、“2N”都是對這種結構變體的命名。有了這種設計，現在可以創(chuàng)建獨立UPS系統(tǒng)，可能永遠不需要負載轉移到電網。這些系統(tǒng)可以設計成消除所有可能出現的單點故障。然而，消除的單點故障越多，實現這種設計的成本就越高。

大多數大型系統(tǒng)雙系統(tǒng)安裝UPS位于獨立的、特別設計的建筑物�；�礎設施支持空間(UPS、電池、冷卻、發(fā)電機、公用事業(yè)和配電室)的大小與數據中心設備空間相同甚至更大，這種情況并不少見。這是業(yè)界最可靠、最昂貴的設計。它可以非常簡單，也可以非常復雜，這取決于工程師的愿景和業(yè)主的要求。

雖然這種配置已經有了一個名字，但設計的細節(jié)可能會有很大的差異，這同樣是在負責該工作的設計工程師的視野和知識中。如圖7所示，這種配置的2(N+1)變體圍繞著重復的并聯冗余UPS系統(tǒng)。最理想的情況是，這些UPS系統(tǒng)將從獨立的配電板，甚至從獨立的電網和可能獨立的發(fā)電機系統(tǒng)中供電。由于數據中心內部所發(fā)生的事情的重要性和操作停機的成本，建造這類設備的極高成本已經得到了證明。許多世界上最大的組織都選擇了這種配置來保護它們的關鍵負載。

圖7：雙系統(tǒng)冗余數據機房供電系統(tǒng)

雙系統(tǒng)冗余設計優(yōu)點：

l 兩個單獨的電源路徑允許沒有單點故障，容錯率很高；

l 配置提供從服務入口到關鍵負載的完全冗余；

l 在2(N+1)設計中，UPS冗余仍然存在，即使在并發(fā)維護期間

l UPS模塊、開關柜和其他配電設備可以在不將負載轉移到旁路模式的情況下進行維護，旁路模式將使負載暴露在非條件電源下

l 更容易保持系統(tǒng)的均勻負載，并知道哪個系統(tǒng)向哪個負載供電。

雙系統(tǒng)冗余設計缺點：

l 大量的冗余組件的數量，使得雙系統(tǒng)是成本最高的解決方案；

l UPS長期處于低效率運行狀態(tài)；

l 配電建筑需要全新設計來適配UPS系統(tǒng)。

2.其他的供電冗余設計

傳統(tǒng)的服務器電源線，根據負荷分為10A和16A兩種，除了一些特殊定制產品以外，均采用IEC的標準接口（即C13、C19）。為實現服務器供電的可靠性，一般配置兩個電源接口，當一路斷電時，另外一路可獨立滿足供電需求。但在實際情況中，由于機柜后部溫度較高、服務器風扇震動、運維人員操作不當等原因，會有一定概率導致電源線脫落。

在此情況下，關鍵部位的配電故障事實上很難從設計上進行修改，所以我們大多會從更高的安全冗余設計電源線來滿足需求（如下圖的突破電氣自鎖電源線）。

圖8：突破電氣自鎖電源線

突破電氣的服務器自鎖電源線具備以下特點：

l 自鎖設計牢固不脫落。在施加120N拉力的情況下都不會造成電源線脫落（產品的操作位置處于插頭尾部，插入拔出時不會對電源或其他理線產生干擾）；

l 降低成本、節(jié)省人工。由于電源線變的足夠可靠，不需要再預留線長，電源線長度可縮短了一倍甚至更多。另外，電源線不需要理線及使用尼龍繃帶固定，從而節(jié)省了大量人工成本；

l 柜內電源排布更加簡單、清晰，提高空氣流動效率，降低空調使用率。傳統(tǒng)電源線密布在機柜內，產生熱量的同時阻礙了機柜內空氣的流動，降低空調使用效率。自鎖電源線的應用，使得機柜上架變得更加簡單，柜內的電源排布更加清晰，提高空氣流動效率，提升散熱水平。