微课016期 云机房供配电系统UPS发展趋势

微课这个名字的确起得好，既简单明了又有技术含量。它表明三言两语解决实际问题，既节省了时间又获得真知。真希望这个栏目做成知识交流的平台。少谈些家长里短风花雪月之类的话题，多说些知识性的东西，总之要珍惜时间，多作有益的贡献才符合这个创意新颖的名字。

王其英

微课015期  UPS发展趋势  王其英著

1、从单机向冗余结构变化

由于数据网络中心的重要性越来越显著，供电电压的任何中断都会造成重大损失。任何单机供电都存在着断电的危险，为了实现供电的高可靠性，多机冗余连接已经成了数据中心用电的必要手段。

2、从注重系统的可靠性向注重系统的可用性变化

任何系统的可靠性都不是绝对的，数据中心设备所关心的不仅是供电会不会中断，更需要知道断电时间有多长。换言之需要知道在指定时间内能有效工作的时间比例，这就是前面所提到的可用性概念。

从可用性公式中可以看出，提高可用性的途径有两条：①提高设备的可靠性，即延长MTBF，但是这样做的效果不太显著，并且提高了造价；②缩短MTTR，这一条容易做到，UPS的冗余连接就可达到缩短平均修复时间的目的。比如两台UPS冗余连接，其中一台出现故障时另一台可继续供电，待这一台故障机器修复后再行接入，从供电未曾中断的角度看MTTR=0最好，所以冗余连接是实现高可用性的必要手段。图1-32示出了降低单机故障率与采用冗余措施的可用性比较情况。

从图1-32中可以看出，尽管将单机系统的故障率提高到0.0025，但是其可用性值仅为0.998；在双机冗余连接的情况下，即使单机的故障率为0.010（是前者的4倍），但其可用性值却几乎为1。

但是不要产生另一个误会，即为了提高可用性，只要降低MTTR就行，可不去考虑MTBF值的大小，这当然也是一种误解。为了提高可用性，只要求降低MTTR而可不去考虑机器的质量（即MTBF）无异于拔苗助长，可用下面的例子说明。

例1-2当要求可用性A=0.99999时，每年允许停机的时间t为

T=365*24h*（1-0.99999）=8760h*0.00001=0.0876h=5.256min

在N 1冗余的系统中，假如MTTR=10min，根据式可用性公式可算出硬件应具有的MTBF为

MTBF=MTTR/（1-A）=1/6/（1-0.99999）=0.16667/0.00001=16667（h）

当MTTR=20min时，硬件系统的可靠性R就要求MTBF=33333h，见表1-1。

从表1-1可以看出，MTTR越长，就要求MTBF越长，对设备质量要求就越高。其原因有两个：①一台UPS因故障进行修理时，尽管另一台在继续正常供电，万一在这个修理期间内它也出现故障，就会造成停电事故，故障UPS的修理时间越长，出现停电事故的概率就越高；②UPS的质量越差，出现停电事故的概率也越高。

第二个原因可用下面的例子来说明。

假如两台并联的UPS有着同一个量级的可靠性（但绝不是一模一样），比如它们各自的MTBF分别为50h和51h，那么两台UPS同时出现故障的时间就是它们的最小公倍数50*51=2550（h），即每隔2550h就出现一次两台UPS同时出现故障的现象。这时两台UPS同时需要维修，由于整个供电系统已经瘫痪，从不间断的意义上讲，尽管维修时间再短也不行了。另外，在2550h（8个月）之内，由于UPS的质量低劣，也可能会故障频发，带来了许多麻烦，也造成很多损失。但如果将两台UPS的质量提高一步，即将MTBF提高到500h和510h，那么它们的最小公倍数就是25500h（3年），于是两台UPS同时出故障的时间由8个月延后到3年；如果再将两台UPS的质量提高一步，即分别为5000h和5100h，它们的最小公倍数就是255000h（29年），这时就将两台UPS同时出故障的时间推迟到29年以后。这时，两台UPS互为备用的条件才能被满足，所以减小MTTR也才真正有了实际意义。

因此只有在保证了UPS质量（MTBF）的前提下减小MTTR才具有真正的意义。

3、从单纯供电系统向保证整个IT运行环境变化

当前网络数据中心所关心的是整体运行效果。如图1-33所示就是一个木桶结构式的机房结构原理图，数据中心机房的各设备就想组成木桶的木板。木桶盛水的容量取决于两个因素：①取决于构成木桶所用木板中最矮的那一个；②取决于木板之间连接的密封情况。木桶的寿命则取决于所有木板中质量最差的那一个。所以在这个要求综合效果的木桶中，作为UPS的这一块木板，长度再高也不能增加木桶的容量，质量再好也不能延长木桶的寿命。比如空调机故障，高温情况可导致系统停机；在机房中，由于机架布线太密而堵塞了风路，形成热点也可导致停机；监控系统失效，可使盲目运行的机器故障等。因此只一味地提高电源的指标和质量已不能保证整个系统的质量，必须要提高整个运行环境的指标。美国有关机构为这个运行环境命名为网络关键物理基础设施，用NVPI（Network Critical Physical Infrastructure）表示。

4、提高UPS供电系统的适应性

数据中心的建立遍地开花，其发展很不平衡，中心规模和用电容量差距也很大，要求UPS具有应变的功能，这就是“适应性”。

文章摘自《云机房供配电系统规划、设计与运维》，王其英著

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