數(shù)據(jù)中心 UPS 配電系統(tǒng)設(shè)計中的
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，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)中心的各個功能單位，保證其對電能的需求；隨后進入到 UPS 電源設(shè)備，為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵負載提供穩(wěn)定可靠的供電；再通過低壓配電柜（饋電柜）將穩(wěn)定、可靠的電能實時配送到機房的用電終端。

    以上這些設(shè)備通常會放在動力室，因此還需要考慮如何將電源進入到主機房的配電設(shè)備中。主機房關(guān)鍵配電設(shè)備主要包括 PPM 精密配電柜、機架式 STS 和整個供電系統(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)》采用了劃分等級的方式對數(shù)據(jù)中心進行分類，其中針對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施期望達到 99.999% 的可用性需求，提出了與之相匹配的機房場地基礎(chǔ)設(shè)施（供電、空調(diào)制冷以及其他的相關(guān)系統(tǒng)）可用性等級指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)中心劃分為 T 1 至 T 4 共 4 個等級。

T 1 等級
    “等級 Tier 1”的數(shù)據(jù)中心對有計劃或無計劃的運營中斷反應(yīng)敏感，該類數(shù)據(jù)中心通常配有計算機系統(tǒng)，電力分配系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，可能還包含有活動地板等設(shè)施，同時配置有一臺 UPS 或者一臺發(fā)電機組。

    該等級數(shù)據(jù)中心中的關(guān)鍵負荷可以達到設(shè)計值 N 的100% 容量，如果已配置有 UPS 或者發(fā)電機組，它們均是由單個模塊組成的系統(tǒng)，并且存在著可能的單故障點。

    該等級數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要，通過停止設(shè)備運行來進行預(yù)防性維護和檢修工作，而在緊急狀態(tài)下則可能需要停止設(shè)備運行來進行現(xiàn)場檢修。數(shù)據(jù)中心內(nèi)任何設(shè)備故障、操作錯誤，以及異常情況都將引起數(shù)據(jù)中心的運營中斷。

    該等級數(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 等級中數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵負荷達到的設(shè)計值 N，指的是滿足數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有負荷需求的最大值，通常用“N”來表示。

T 2 等級
    “等級 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。

    該等級數(shù)據(jù)中心內(nèi)裝有高架活動地板，UPS 或發(fā)電機組，動力系統(tǒng)設(shè)計為 N+1 模式，采用單一的分配鏈路環(huán)節(jié)。關(guān)鍵負荷可以達到設(shè)計值 N 的 100% 容量。

    該等級數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要，通過備份設(shè)備順序獨立運行，完成預(yù)防性維護和檢修工作，而在緊急狀態(tài)下則可能需要停止設(shè)備運行來進行現(xiàn)場檢修。

    該等級數(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 等級數(shù)據(jù)中心動力系統(tǒng) N+1 設(shè)計模式中的“N”是指在僅有的一個回路中所配置的 UPS 設(shè)備數(shù)量。“1”指的是最少有 1 臺 UPS 設(shè)備作為備份來保證整個系統(tǒng)具備冗余的能力。

    這里的“1”實際上可以看做是“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
    “等級 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，系統(tǒng)會自動切換到備份鏈路，保證數(shù)據(jù)中心運行的連續(xù)性。

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

    該等級數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要，選擇某一鏈路投入運行，同時對另一鏈路進行維護或維修，而不會影響數(shù)據(jù)中心的正常運行。

    該等級數(shù)據(jù)中心具有冗余能力的鏈路通常具有故障容錯能力，如該鏈路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動切換到另一鏈路繼續(xù)運行。

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

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

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

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

該等級數(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，并且具有故障容錯能力。

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

     在回路內(nèi)部層面和回路數(shù)量層面都有備份。回路里要求有容錯備份的能力，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”指的是至少兩個回路，這兩個回路互為備份；“N+1”指的是每個回路上要設(shè)定關(guān)鍵環(huán)節(jié)備份，配置冗余部件，當(dāng)系統(tǒng)需要維護和容錯時，確保系統(tǒng)的可用性。

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