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N+1冗余UPS配置

作者:[db:来源] 发布时间:2021-10-15点击:0

随着通过软件实现 IT 容错的持续改进,越来越多的数据中心倾向于采用冗余的架构,而非架构。一般而言,实现冗余配置的常见方式有两种:将多个单一并机或部署一个包含多个内部模块的主机,以实现冗余。在本文中,我们对内部“模块化”冗余和并机冗余之间的主要权衡项进行了量化,得出部署内部“模块化”冗余时,其投资成本节省了 27%,同时可缩短 1 至 2周的部署时间。此外,我们还讨论了容错在内的重要性,以确保满足可用性、可靠性和可维护性的需求。

 

数据中心会根据其所支持负载的关键性,采用不同的冗余等级。双路架构(例如,两个独立的电源路径)能够确保最高等级的可用性,在任一系统进行维护或发生故障时亦无需停用负载。

 

而在当今的数据中心中,咱们会发现在 IT 层面通过软件实现容错的情况越来越多。随着虚拟化和超融合等技能的呈现,服务器宕机不再意味着 IT 任务随之中断。如果一台物理服务器因为上游故障而呈现宕机,或按计划进行停机维护,那么数据中心能够将业务功能迁移到另一台服务器、另一个 IT 区域、另一间 IT 机房或另一个彻底独立的数据中心。

 

虽然可用性仍是数据中心的一个要害方针,但咱们发现,借助对要害物理基础设施(如UPS)布置冗余,也能够保证其可用性方针。在本文中,咱们将阐明实现体系冗余的不同办法,并量化其出资本钱、布置时间、功率和可靠性的权衡项,同时,咱们还将讨论内部容错的重要性,以保证满足可靠性、可用性和可维护性的需求。

  

在有关数据中心的多种讨论场合,“N+1”一词可能用来指代多种配置。以下的关键术语定义旨在阐明三个特定“N+1”配置之间的区别。

 

 •冗余:一种在组件发生故障时保证系统可用性的灵活方法。组件(N)至少有一个独立的后备组件(+1)1。简单来说,N 代表需要的总数,+1 代表我有一个备用的组件。

 

• 串联冗余:一种特定的配置。在这种配置下,通常由一个“主”模块给负载供电。这种配置要求主模块为静态旁路配置单独的输入电源。“串联”或“次要”向主模块的静态旁路供电,且完全保持空载 2。

 

• 并联冗余:一种特定的配置。它由多个同一规格的模块并联在一根公用输出母线上组成。并联冗余系统要求模块的容量和型号相同 2。

 

• 内部“模块化”冗余:一种特定的配置。由于没有相同的命名结构,该词是本文中定义的新术语;在这一配置下,“+1”发生在架构内,通常出现在功率模块层。在这一配置下,共用同一个背板、控制系统和电池设备。

 

在本文中,我们重点比较并联冗余和内部“模块化”冗余——这两种配置中的“+1”组件都是工作的(而非待机状态)。图1从概念上说明每种情况下“+1”组件的位置。 并联冗余和内部“模块化”冗余在概念上的差别

图1-并联冗余和内部“模块化”冗余在概念上的差别

 

 

为突出各权衡项的区别,我们选择一台不带冗余的与冗余进行比较,因此分析中使用三种具体的配置。在这三种情况下,我们选择 1MW 作为额定容量 3。

 

1. 作为比较基准的 1N 配置:一台不带冗余的1000kW UPS(由四个250kW的“内部”模块组成);是一种基本的配置情况。

2. 内部“模块化”N+1 冗余配置:一台模块化的1000kW UPS,由5个250kW的“内部”模块组成(4 个构成全部容量,1 个作为冗余)。

3. 并联冗余配置:3 台500kW的APC UPS“主机”配置为并联冗余(2 台构成全部容量,1 台作为冗余)。

 

作为比较基准的 1N 装备

 在 1N规划中,任何组件毛病都需要将负载转移至旁路或外围旁路。最简单的例子便是由一个单一额定的为负载供电。有些规划为模块化、可扩展形式,而有些则为固定容量。咱们所剖析的 1N选用模块化规划,在其单独的主机内由四个250kW的模块组成,到达 1000kW 的额定容量。通过一起并联多个单元也可构成 1N 架构,从而到达所需容量。图2显示的是咱们所剖析的 1N UPS。 作为比较基准的“N”配置

图2- 作为比较基准的“N”配置

 

内部“模块化”N+1 冗余装备

 

正如咱们在基准装备中所描述的相同,模块化通过添加一个额定的功率模块,也能提供冗余。请参见图 3。这种内部模块化冗余装备其实便是在基准装备以外添加第五个250kW模块即可。电池体系由四个并联电池组组成,每个电池组带有各自的断路器,因而一个电池组毛病不会导致整个电池体系瘫痪。如图所示,输出母线和电池(直流)母线为所有模块共用,因而其代表了体系的单点毛病,需要转化到外围旁路。
内部“模块化”冗余配置

图3-内部“模块化”冗余配置

并联冗余配置

 

图 4 所示的是我们所分析的并联冗余配置。在这一配置中,三台独立的一同并联,共用一条输出母线。每个的容量是500kW,所以第三台即为“+1”冗余。如图所示,每台均带有一个并联冗余配置,且有其各自的电池系统(每台由 3 个并联电池组组成),可提供额外的冗余等级,而这一冗余等级在模块化中并未提供。输出母线仍代表单点故障,除了这一配置,在另外两种配置中,输出母线位于外部,需要在现场进行安装。
并联冗余配置

图4-并联冗余配置

请注意,有时候并联冗余会部署公用电池组。这么做的优势是节约了成本(电池支出费用更少),但这种配置从容错性/可靠性上来看,更类似于内部“模块化”配置。此分析方法遵循的假设是每台均使用独立的电池系统。

电池设计说明:
电池配置无论选择哪种配置,都可以改进所部署电池系统的容错方式。目前比较常见的做法是将多个电池组并联,以提供额外的冗余便 于维护操作。使用这种方法时,倘若某个电池组出现故障,则其余电池组会在停电时为负载继续供电。请注意,虽然故障的电池组会缩短电池系统持续运行的时间,但仍有充裕的时间可以避免宕机的发生。

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