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)器和路由器之類的計(jì)算設(shè)備都依賴于內(nèi)部電源來提供運(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。它被稱為ITI（CBEMA）曲線。
　　
　　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)20ms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)無中斷”范圍內(nèi)。
　　
不間斷電源的組件
　　
　　有幾種類型的不間斷電源，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能系統(tǒng)供電。
　　
　　儲能：每個(gè)UPS都會(huì)使用某種系統(tǒng)來存儲能量，以防輸入電源故障。這種能量可以以電池、飛輪或超級電容器的形式存儲，是UPS提供不間斷電源的原因。
　　
　　逆變器：逆變器將來自整流器或儲能系統(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)載而沒有濾波。當(dāng)檢測到斷電時(shí)，固態(tài)開關(guān)用于將負(fù)載轉(zhuǎn)移到電池電源。
　　
　　線路交互：與備用UPS類似，但能夠根據(jù)過壓和欠壓情況調(diào)整輸出，而無需切換到電池。當(dāng)檢測到斷電時(shí)，固態(tài)開關(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?，電池系統(tǒng)始終處于連接狀態(tài)，無需切換到備用電源。正常運(yùn)行的功率流是通過整流器、能量存儲系統(tǒng)以及通過逆變器進(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)換開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)到旁路電源的轉(zhuǎn)換。如果在UPS內(nèi)檢測到問題或故障，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。對于簡單冗余，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。這被稱為N+1冗余。
　　
　　2N冗余
　　
　　企業(yè)級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)來源將是獨(dú)立的UPS系統(tǒng)。“A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。這被稱為2N冗余。
　　
　　2（N+1）冗余
　　
　　這兩個(gè)概念也可以結(jié)合起來。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。這被稱為2（N+1）冗余。
　　
無變壓器多級UPS拓?fù)?/span>
　　
　　如今，部署在數(shù)據(jù)中心的最先進(jìn)的UPS系統(tǒng)使用無變壓器的多級拓?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)，請記住所有信息都是通過UPS不間斷提供的。