"模块化UPS最优配置原则的探讨"再探讨

最近在UPS应用杂志上看到一篇文章“模块化UPS最优配置原则的探讨”，在这篇文章里，作者深入分析了当前联通公司的IDC定位，地市级IDC的主要特点，以及使用模块化2N-供电方案 和高频UPS N+1供电方案的比较。

北京云易维公司技术经理对这篇文章进行详细的剖析，抛砖引玉，希望有更多的技术大咖可以一起讨论中国IDC数据中心基础架构方案

一、联通公司IDC定位

1. 联通IDC布局定位

联通IDC布局定位，要构建“集团级战略/核⼼基地+省级DC+地市DC/边缘节点”三级云数据中⼼体系,分层分级满⾜不同地域、不同类别客户业务需求,三级云数据中⼼⼀体化协同部署与运营,全⽹覆盖形成M(集团级)+1(省级中⼼)+N(地市级边缘)规划格局

2. 地市级IDC的主要特点

背景：2015年,联通全国有PSTN机房退⽹,约有2300多个端局、6万多模块局需要退⽹改造,绝⼤多数PSTN端局集中在北⽅⼗省(占87%),其中省会城市约占27%。

定位：交换局房改造定为N类规划格局,定位于中、低端IDC机房,满⾜互联⽹及本地中⼩企业客户租赁机柜、带宽的需求,这些⽤户对机房要求低、价格敏感、属地化要求⾼。

特点：交换局房⼀般具有建设年代早、基础设施条件差、数量多、单局空余⾯积较⼩

选址： 联通集团关于DC局房改造局站的选取建议：

* 优先选择建成年代较近的(不超过25年)

* 建设标准较高(楼⾯活荷载不低于6kN/m2);

* 抗震性能较好(框架、框剪结构)

3. 为什么考虑模块化UPS

* 技术层面 ：其可靠性是否通过了技术验证；运维部⻔对模块化UPS系统使⽤安全模式的认可。

* 商务层面：联通公司加⼤了投资效益的考核,且对改造DC局房所⾯对的⽤户层级进⾏了明确的定位(定位于T2-T3)

二、IDC实例的进一步思考

案例:在XX局IDC机房4F、5F各新增IDC机架190架,共计380架,本期按单机柜功耗按2kW计列、终期单机机柜功耗按3.3kW考虑进⾏电源⽅案配置。交流不间断电源及后备蓄电池组设备的容量按近期负荷配置,考虑远期负荷增加时可进⾏设备扩容以满⾜远期配置

1. 设计依据：

* UPS系统功率因数按0.9考虑

* 通信局(站)电源系统维护技术要求第4部分:不间断电源(UPS)第4.3.6条规定:“对于N+l并联冗余系统,系统输出端的最⼤负载应不超过UPS容量×N×80%”。

2. 计算过程：

* 单机柜功率2kW,交流负载总功率需求760kW,本期需新建UPS容量为:760kW/0.9/0.8 =1055(kVA)

* 终期单机柜功率3.3KW，交流负载总功率需求1254KW，最终需要UPS容量为1742KVA

备注：在这里，和作者的终期负载2111KVA有出入，根据后期模块化UPS配置4台500KVA UPS推测，应该是作者负载计算错误，导致后面高频UPS配置偏大。

3. 高频UPS和模块化UPS配置的等级

* 方案一：使用高频UPS N+1方案

采用400KVA高频机，按照2+1方案，每套UPS系统由3台400KVA UPS并联组成，3台UPS之间采用2+1冗余配置

在一期，1套UPS系统，给4F设备供电，另一套UPS系统给5F供电，负载率为35%

在终期，这2套UPS系统依然能够为总负载供电，负载率为58%

* 方案二：使用2N-方案

采用500KVA UPS带载4F机柜的一侧，另一台500KVA UPS带载4F机柜的另一侧，

在一期：每台UPS使用7个模块，实现2个功率模块冗余，带载率在60%

在终期：每台UPS使用10个模块，实现3个功率模块冗余，带载率为70%

总体造价为272万元

方案一中使用的9台UPS，变成了6台，节省了资金的投入。

4. 故障问题分析

以终期负载，分析可能出现的问题：

方案一：

* 一台UPS整流器或逆变器故障：UPS会退出并机系统，另外两台UPS带全部负载，负载627KW,UPS系统720KW，负载率达到87%

* 一台UPS旁路或充电电路故障：UPS会报警，但仍然工作在逆变状态

* 一台UPS控制系统故障：UPS会退出并机系统，另外两台UPS带全部负载，负载率达到87%

* 市电断电，一台UPS电池不能供电：另外两台UPS仍然会继续供电，但电池后备时间会缩短

方案二：

* 一台UPS模块故障：一台UPS有3个冗余功率模块，在冗余范围内，UPS正常运行

* 一台UPS智能模块故障：一台UPS有2个智能模块，在冗余范围内，UPS正常运行

* 一台UPS旁路模块故障：UPS会报警，工作于正常模式

* 内部通信系统故障：内部通信系统一般为双路通信，在冗余范围内会正常运行

* 市电断电，一台UPS电池不能供电：该UPS停机，另外一台UPS因过载停机

通过上述分析，发现：

* 方案一在有一台UPS出现故障的时候，UPS系统达到87%

* 方案二要比方案一更要注重电池的日常维护，方案二的本质还是1+1增容并机，单机内部实现智能模块和功率模块冗余

5. 电池后期新旧混接的问题

在一期和终期的规划中，电池也是分步进行增容的，但这中间会存在一个问题，就是新旧电池混接的问题。电池一般在4-5年进行更换，如果在这个时间点，相对来说还比较好，可以将电池全部更换就好。但如果业务在3年内，或者在6年以后增长到一定程度，需要进行电池增容的时候，如何面对新旧电池混接的问题？

6. 电池承重问题

在这个案例的使用场景中，这么多的电池，承重将是不可避免要遇到的问题，考虑到当前局站特点，如何解决铅酸蓄电池的承重问题？

这种场景下，是否可以使用锂电池替代铅酸蓄电池？