數(shù)據(jù)中心 UPS 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的
N
N+1
2N
2(N+1)
……

PART1
配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵供電環(huán)節(jié)
    探討數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)涉及多少“N”，以及“N”衍生出來的各種不同的子系統(tǒng)，首先要了解數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)配電關(guān)鍵環(huán)節(jié)原理模擬圖

    以變壓器為節(jié)點(diǎn)，變壓器的前端是中壓配電環(huán)節(jié)，變壓器的后端就跟數(shù)據(jù)中心內(nèi)部配電的各個(gè)子系統(tǒng)和各種重要設(shè)備直接相關(guān)。

    首先是低壓配電先找配電系統(tǒng)，它直接將變壓器轉(zhuǎn)換以后的電能分配到數(shù)據(jù)中心的各個(gè)功能單位，保證其對(duì)電能的需求；隨后進(jìn)入到 UPS 電源設(shè)備，為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負(fù)載提供穩(wěn)定可靠的供電；再通過低壓配電柜（饋電柜）將穩(wěn)定、可靠的電能實(shí)時(shí)配送到機(jī)房的用電終端。

    以上這些設(shè)備通常會(huì)放在動(dòng)力室，因此還需要考慮如何將電源進(jìn)入到主機(jī)房的配電設(shè)備中。主機(jī)房關(guān)鍵配電設(shè)備主要包括 PPM 精密配電柜、機(jī)架式 STS 和整個(gè)供電系統(tǒng)的最后一環(huán)——智能 PDU 配電單元。

PART2
關(guān)于“N”的探討

    數(shù)據(jù)中心 UPS 配電系統(tǒng)中的“N”與數(shù)據(jù)中心等級(jí)息息相關(guān)。TIA942《數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》采用了劃分等級(jí)的方式對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分類，其中針對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施期望達(dá)到 99.999% 的可用性需求，提出了與之相匹配的機(jī)房場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施（供電、空調(diào)制冷以及其他的相關(guān)系統(tǒng)）可用性等級(jí)指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)中心劃分為 T 1 至 T 4 共 4 個(gè)等級(jí)。

T 1 等級(jí)
    “等級(jí) Tier 1”的數(shù)據(jù)中心對(duì)有計(jì)劃或無(wú)計(jì)劃的運(yùn)營(yíng)中斷反應(yīng)敏感，該類數(shù)據(jù)中心通常配有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，電力分配系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，可能還包含有活動(dòng)地板等設(shè)施，同時(shí)配置有一臺(tái) UPS 或者一臺(tái)發(fā)電機(jī)組。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心中的關(guān)鍵負(fù)荷可以達(dá)到設(shè)計(jì)值 N 的100% 容量，如果已配置有 UPS 或者發(fā)電機(jī)組，它們均是由單個(gè)模塊組成的系統(tǒng)，并且存在著可能的單故障點(diǎn)。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要，通過停止設(shè)備運(yùn)行來進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和檢修工作，而在緊急狀態(tài)下則可能需要停止設(shè)備運(yùn)行來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修。數(shù)據(jù)中心內(nèi)任何設(shè)備故障、操作錯(cuò)誤，以及異常情況都將引起數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)中斷。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心是由單路電力和冷卻輸配鏈路組成的系統(tǒng)，沒有系統(tǒng)冗余部件和備份能力。

    張老師筆記：在 T 1 等級(jí)中數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵負(fù)荷達(dá)到的設(shè)計(jì)值 N，指的是滿足數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有負(fù)荷需求的最大值，通常用“N”來表示。

T 2 等級(jí)
    “等級(jí) Tier 2”數(shù)據(jù)中心采用了設(shè)備冗余部件，要比上述“基本數(shù)據(jù)中心”的備份能力強(qiáng)。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)裝有高架活動(dòng)地板，UPS 或發(fā)電機(jī)組，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)為 N+1 模式，采用單一的分配鏈路環(huán)節(jié)。關(guān)鍵負(fù)荷可以達(dá)到設(shè)計(jì)值 N 的 100% 容量。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要，通過備份設(shè)備順序獨(dú)立運(yùn)行，完成預(yù)防性維護(hù)和檢修工作，而在緊急狀態(tài)下則可能需要停止設(shè)備運(yùn)行來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心是由單路電力和冷卻輸配鏈路組成的系統(tǒng)，并在該鏈路中配置有冗余的系統(tǒng)部件和功能。

    張老師筆記：T 2 等級(jí)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力系統(tǒng) N+1 設(shè)計(jì)模式中的“N”是指在僅有的一個(gè)回路中所配置的 UPS 設(shè)備數(shù)量?！?”指的是最少有 1 臺(tái) UPS 設(shè)備作為備份來保證整個(gè)系統(tǒng)具備冗余的能力。

    這里的“1”實(shí)際上可以看做是“幾”，因此根據(jù)數(shù)據(jù)中心的具體情況設(shè)置可以為 +2、或者 +3，甚至更多。

T 3 等級(jí)
    “等級(jí) Tier 3”數(shù)據(jù)中心內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施具有鏈路冗余能力，當(dāng)某一鏈路環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備份鏈路，保證數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的連續(xù)性。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心的電力和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)鏈路，其中至少有一個(gè)鏈路配置了 N+1 冗余部件，任何一個(gè)鏈路上的設(shè)計(jì)負(fù)荷量不超過總負(fù)荷量 N 的 100%。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要，選擇某一鏈路投入運(yùn)行，同時(shí)對(duì)另一鏈路進(jìn)行維護(hù)或維修，而不會(huì)影響數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心具有冗余能力的鏈路通常具有故障容錯(cuò)能力，如該鏈路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一鏈路繼續(xù)運(yùn)行。

    張老師筆記：至少有一個(gè)鏈路配置了 N+1 冗余部件指的是兩個(gè)回路中，至少有一個(gè)回路的關(guān)鍵設(shè)備是 N+1 配置，具備了在鏈路條件下故障容錯(cuò)能力。

T 4 等級(jí)
    “等級(jí) Tier 4”數(shù)據(jù)中心內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施具有容錯(cuò)能力，當(dāng)某一部分環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備份環(huán)節(jié)，保證數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的連續(xù)性。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心的電力和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)鏈路，每個(gè)鏈路配置了 N+1 冗余部件，在一個(gè)鏈路上的設(shè)計(jì)負(fù)荷量不超過總負(fù)荷量 N 的 100%。

    該等級(jí)數(shù)據(jù)中心中的全部計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備需要具有故障容錯(cuò)的雙電源輸入功能，確保系統(tǒng)雙鏈路配置功能。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心通常由多條電力和冷卻分配鏈路組成，每條鏈路中配置有冗余的組成部件，并且具有故障容錯(cuò)能力。

    張老師筆記：至此，我們看到了最高級(jí)別 UPS 配置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。

     在回路內(nèi)部層面和回路數(shù)量層面都有備份?；芈防镆笥腥蒎e(cuò)備份的能力，這指的就是 N+1、或者 N +2 甚至 N +3。

    T 4 用公式可以表示為 2(N+1)，“2”指的是至少兩個(gè)回路，這兩個(gè)回路互為備份；“N+1”指的是每個(gè)回路上要設(shè)定關(guān)鍵環(huán)節(jié)備份，配置冗余部件，當(dāng)系統(tǒng)需要維護(hù)和容錯(cuò)時(shí)，確保系統(tǒng)的可用性。

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