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分布式冗余与双系统冗余APCUPS电源配置

作者:admin 发布时间:2021-03-16 05:00:02点击:

  分布式冗余

  分布式冗余配置广泛运用于当今的数据中心职业,特别是金融组织。20 世纪 90 年代晚期,某家工程公司为了取得全方位的冗余,不惜花费任何高额本钱,因而便开发出了这种规划计划。该规划以三个或更多个APCUPS电源模块及独立的输入和输出电路为根底。独立的输出总线经过多个三重冗余和STS与要害负载相连。从市电接入到APCUPS电源,分布式冗余规划和双系统规划(将在下一部分中进行评论)几乎是一样的。这两种计划均供给了并行保护功能,并将单毛病点减至最少。二者最主要的区别在于,从APCUPS电源到要害负载的配电结构中,为要害负载供给冗余电源线路所需的APCUPS电源模块的数量不同。跟着负载要求“N”的增加,APCUPS电源模块的数量增加所带来的本钱,以及反过来因而而发作的节省也在增加。

  图 1、2 和3 别离显现了相同为 300 kW 负载供电的两种不同的分布式冗余规划计划。图 1 选用3 个APCUPS电源模块,在该配置中,模块 3 与每个STS的辅助输入电路相连,依据别的两个主APCUPS电源模块的毛病状况投入体系并向负载供电。在该体系中,模块 3 一般不承载任何负载。


  图2的分布式冗余规划选用三个STS,正常运转状态下,负载均匀分配在三个APCUPS电源模块上。假如其间任何一个模块呈现毛病,则将强制STS将负载转化到为该STS供电的另一个APCUPS电源模块上。


  很明显,双电源负载与单电源负载的供电电路是不同的。双电源负载能够选用两个STS设备供电,而单电源负载只能由单个STS供电。因而,STS便成为单电源负载的单毛病点。在当今的数据中心中,单电源负载的运用数量日趋削减,因而,能够在单电源负载的邻近设备多个小型转化开关,该办法既实际又经济。假如悉数为双电源负载,那么该配置能够不选用STS设备。在100%双电源负载的状况下,这种配置还能够规划成彻底没有STS,如图3所示。这种规划典型体现为三重冗余和不适用静态转化开关。

  图2显现一路STS体系,有着极高的电气体系牢靠性要求的大型组织运用冗余的STS作为将电气保护活动从要害负载阻隔的手法。

  例如,事件在这四层连续发作才会需求在APCUPS电源保护期间关停一个双电源的服务器。首先向市电 A 侧的APCUPS电源静态旁路的转化发作毛病之后市电 A 侧的STS跟着发作毛病,之后 B 侧的APCUPS电源也跟着发作毛病,最终 B 侧的STS毛病。这种层层保护的方法与其贵重的本钱比较供给了很小的牢靠性收益 — 酬劳递减规则。总而言之,最好的冗余是地理空间上的冗余,便是指冗余的数据中心相隔必定的距离的地点制作。但是,当前对金融组织而言施行地理上的冗余是很困难的,由于他们有必要能够安全和快速地访问他们一切的数据。


  整体来看,关于那些需求进行并行保护,且大多数负载均为单电源负载的复杂的大型计算机室而言,分布式冗余体系是比较抱负的挑选。相关于 2N 架构,其在APCUPS电源模块上的节省也是这种配置的市场驱动。还有其他一些职业要素也推动着分布式冗余配置计划的开展:

  静态转化开关 (STS) —STS具有两路输入和一路输出。STS一般从两个不同的APCUPS电源体系承受供电,并依据某些条件将其间一路电源供给给负载。假如STS的主APCUPS电源供电电路呈现毛病,则STS将在4-8ms内将负载转化到辅助APCUPS电源供电电路上。STS经过这种方法使负载随时处于受保护状态下。此项技术自20世纪90年代初期呈现以来,已广泛运用于分布式冗余配置中。冗余的双路架构的最佳运用便是将两条途径阻隔,因而各自独立的它们当一侧发作毛病时不会影响到别的一侧。在双路架构中运用静态转化开关会妨碍两条冗余途径的阻隔。因而,STS选型取决于对静态开关的规划和现场性能的全方位查询是极为要害的。在市场上,有多种不同配置和不同牢靠性等级STS可供挑选。如图2所示,STS处于三重冗余的输入一侧(高电压一侧)。 对STS逻辑和规划的改进现已改进了这种配置的牢靠性,将STS置于两个三重冗余的输出一侧(低电压一侧)会更牢靠一些,但是购买两套三重冗余的底子也会贵重许多。但一起,将STS置于两个三重冗余的输出一侧(低电压一侧)会供给更高的额定电流。这种配置在第48号白皮书《比较各种机架电源冗余配置的可用性》做详细评论。

  单电源负载 — 假如数据中心悉数由单电源负载设备组成,那么,每个IT设备只能由单个STS或设备在机架上的转化开关来供电。

  冗余结构要取得高可用性,有必要将开关安顿在靠近负载的位置,如48号白皮书中所述。将数百个单电源设备与单个大型STS相连,是一个极其冒险的举动。假如选用多个小型开关别离为部分负载供电,则能够降低这种危险性。此外,散布的机架式转化开关也不会像大型STS那样,呈现那种会波及到上游多个APCUPS电源体系的毛病形式。因而,机架式转化开关得到了越来越广泛的选用,特别是当单电源负载只占有悉数负载的一小部分时。运用STS时IT设备不会受到因A或B侧的毛病而导致的很短的转化时刻的影响。

  双电源负载 — 跟着时代的开展,双电源负载日渐成为干流,因而,STS已不是必不可少的设备。负载能够直接与两个独自的三重冗余相连,而三重冗余则别离由独自的APCUPS电源体系供电。多个电源同步 — 假如数据中心选用STS设备,那么应当使两个APCUPS电源供电电路坚持同步。假如没有同步操控,APCUPS电源模块之间很或许呈现相位差,特别是当APCAPCUPS电源电源选用电池形式时。领先许多STS能够转化没有进行同步的电源。这种能力应该会筛选多电源同步设备。

  一种解决办法是在两个APCUPS电源体系之间设备一个同步设备,使这两个APCUPS电源体系的AC输出同步。当APCUPS电源模块的输入电源断电,运用电池作业时,这一点特别重要。同步设备可确保一切APCUPS电源体系在任何时候都坚持同步,因在STS转化过程中,电源将坚持彻底同相,然后杜绝了异相转化以及或许对下流设备造成的损害。当然,在某一个APCUPS电源体系增加同步设备时,应当考虑会一起影响一切APCUPS电源体系的毛病发作的或许性。

  分布式冗余的优点

  ? 便于一切组件的并行保护(假如一切负载均为双电源负载)。

  ? 与2(N+1) 规划比较,APCUPS电源模块较少,因而本钱较低。

  ? 关于任何特定双电源负载而言,两条独立的供电线路自服务入口处便供给了冗余。

  ? 无需将负载转化到旁路形式(负载将处于无保护电源下),即可对APCUPS电源模块、开关设备和其他配电设备进行保护。大部分分布式冗余规划都不需求保护旁路电路。

  分布式冗余的缺陷

  ? 与之前几种配置比较,由于大量选用开关设备,因而本钱相对比较高。

  ? 规划是否成功依赖于STS设备的运转是否正常,由于选用STS设备即意味着存在单毛病点以及复杂的毛病形式。

  ? 配置计划复杂。在包含很多APCUPS电源模块、静态转化开关和三重冗余的大型数据中心中,要确保各个APCUPS电源体系均分负载并了解哪些体系为哪些负载供电,是一项艰巨的办理使命。

  ? 无法估计的运转形式:APCUPS电源体系具有多种运转形式,且各APCUPS电源体系之间存在多种或许的转化形式。要在预先定好的条件和毛病条件下对一切这些形式进行测验,以检验操控战略和毛病清除设备是否正常运转,是不切实际的。

  ? 由于未到达满负荷作业状态,APCUPS电源功率低下。

  双系统冗余

  双系统、多路并联总线、双输入、2(N+1)、2N+2、[(N+1) + (N+1)] 以及 2N 全都指的是该配置的变体。凭借这种规划计划,现在彻底能够建立起底子无需将负载转化到市电的APCUPS电源体系。在规划这些体系时,能够尽量扫除每一个或许的单毛病点。不过,扫除的单毛病点越多,规划计划施行起来价值也越昂扬。大多数大型双系统配置都位于专门规划的独立建筑物中。根底设施(包含APCUPS电源、电池、制冷体系、发电机、市电和配电室)占有与数据中心设备相同巨细的空间,是很平常的事情。

  该配置是职业中最牢靠也最贵重的一种规划。依据工程师的理念以及客户要求的不同,它能够十分简略,也能够反常复杂。尽管选用的是同一个名称,但详细的规划细节千差万别,这也是由担任规划使命的规划工程师的理念与常识水平所决议的。图4显现了该配置的一种变体,2(N+1),它由两个并联冗余APCUPS电源体系构成。抱负状况下,能够选用独自的配电盘,乃至独自的市电和发电机体系为这些APCUPS电源体系供电。尽管该规划计划的制作本钱颇为不菲,但考虑到数据中心设备的重要程度以及宕机本钱,仍是物有所值的。全球许多家大公司都纷纷挑选这种配置来保护其要害负载

  

  该配置的本钱凹凸取决于规划工程师认为要满意客户的需求应当选用何种“深度和广度”的体系冗余。其基本规划概念,是允许每一个电气设备都能够在呈现毛病或手动封闭时正常运转而无需将要害负载转化到直接运用市电的条件下。2(N+1)规划的一个共同之处是选用旁路电路,以使部分体系能够被封闭或旁路至备用电源,然后确保了整个体系的冗余。图4即显现了这样一个示例:APCUPS电源输入开关柜之间的电路衔接,然后能够封闭其间一个市电接入,而不会使得任何一个APCUPS电源体系断电。在 2(N+1)规划中,假使单个APCUPS电源模块发作毛病,只会使该APCUPS电源模块从电路中断开,与之并联的另一个模块将承担起这部分负载。保护旁路在这种规划中并不是一个优势,由于它们有或许将整个体系彻底“跨过”。

  在图4的示例中,要害负载为300kW,因而,共需求四个300kW的APCUPS电源模块,两两组成两条独立的并联总线。每条总线别离为两条直接与双电源负载衔接的电路供电。图4中的单电源负载显现了转化开关是怎么为该负载供给冗余的。不过,Tier IV等级的电源结构要求一切负载均为双电源负载。一般而言,挑选双系统配置的公司更关心配置是否具有高可用性,而不是其实现本钱。这些公司的负载也大都是双电源负载。除了在分布式冗余配置部分中所评论的要素之后,该配置计划还有以下几个要素:静态转化开关 (STS) — 跟着双电源IT设备的面世,在规划中无需再面临STS设备及其烦人的毛病形式,然后使体系可用性得到了显著进步。单电源负载 — 要充沛使用双系统规划计划的冗余优势,应当将单电源负载与转化开关在机架处相连。这种做法的优势在第48号白皮书《比较各种机架电源冗余配置的可用性》中进行描述。

  双系统冗余的优点

  •两条独立的供电线路,无单毛病点,容错性极强。

  •该配置为从电力入口到要害负载的一切线路供给了完方位的冗余。

  • 在2(N+1)规划中,即便在并行保护过程中,也仍存在APCUPS电源冗余。

  • 无需将负载转化到旁路形式(负载将处于无保护电源下),即可对APCUPS电源模块、开关设备和其他配电设备进行保护。

  • 更简单使各APCUPS电源体系均分负载,并了解哪些体系为哪些负载供电。双系统冗余的缺陷

  • 冗余组件数量多,本钱高。

  •由于未到达满负荷作业状态,APCUPS电源功率低下。

  •一般的建筑物不太适宜选用可用性极高的双系统,由于这种体系需求对冗余组件进行分开放置。

  怎么挑选适宜的配置

  应当怎么来挑选最适宜自己的配置计划呢?让我们重温一下在选取适宜的配置时应当考虑的注意事项:

  • 宕机本钱/影响 — 公司每分钟的流动现金有多少?假如出现问题,体系需求多长时刻才干康复?能够将以上问题的答案作为预算计划评论的开篇。答案是 10,000,000 美元/分钟仍是 1,000,000 美元/小时,评论方向自然不同。

  • 预算 — 从任何方面而言,实现 2(N+1)规划的本钱都要比 N (容量)规划、并联冗余规划乃至是分布式冗余规划的本钱高得多。让我们以一家大型数据中心为例来看看本钱的差距。若该数据中心选用 2(N+1)规划,则或许需求30个800kW 模块(每条并联总线5个模块,共6条并联总线)。关于相同的负载,假如选用分布式冗余规划,那么只需求18个800kW的模块,明显本钱要低得多。

  •负载类型(单电源负载与双电源负载)— 尽管双系统的规划概念在双电源设备呈现之前便已发作,但双电源负载的确为这种使用冗余容量的规划计划供给了切实可行的实现机会。计算机制造商们在开端生产双电源负载之前,无疑会听取其客户的意见。数据中心内负载的特性会为规划者供给一些思路,不过其效果要远远低于上文所述的各种要素。

  • IT 架构类型 — 虚拟化和网络带宽和速度日新月异的改善使整个数据中心能够无延迟的转化到另一个场所。这也在质疑原有的认知,具有最高可用性的数据中心是那些有着高度冗余的电力和制冷架构的设施。跟着虚拟化技术的老练,两个相隔悠远的“N”体系数据中心或许比一个高度冗余的数据中心具有更高的可用性。

  •危险承受能力 — 遭受过重大毛病的公司的危险承受能力往往比那些未曾有过此种体会的公司要强。聪明的公司将会从同职业其他公司身上获取经历数据。公司的危险承受能力越弱,就越倾向于选用牢靠性更高、毛病康复能力更强的计划。

  •可用性体现 — 公司在一年之内能忍受多长时刻的停机?假如答复是决不能停机,那么应在预算中选用高可用性的规划。不过,假如公司能够在每天晚上10点之后以及大多数周末停机,那么其APCUPS电源配置挑选并联冗余规划就差不多了。每个APCUPS电源在某些方面都需求进行保护,而且APCUPS电源体系的确会间歇性地发作一些出人意料的毛病。每年计划在保护方面所花的时刻越少,体系需求的冗余规划组件就越多。

  •牢靠性体现 — 一个APCUPS电源的牢靠性越高,这个体系继续作业的概率也就越高。

  • 可保护性体现 — 简略的仅仅具有高牢靠性并不能阻止的毛病所导致长时刻宕机的影响。维修所消耗的时刻严重依赖于体系规划和保护技术人员的技能水平。辨认延伸维修时刻的规划参数的一起削减人为失误是十分重要的。

  •对可保护性予以支撑的体现—“履行保护的组织的能力 4”用来评价这项要素的最好的办法是研究其它公司与某个保护服务组织现已存在的体会。上面最终四条能够概括为一个词汇,叫作可信性。可信性,在《国际电工词汇 191-01-22(IEV)》中的定义为“当需求时有能够依靠 5”可信性包含了应该运用于APCUPS电源规划和其它支撑数据中心的要害体系的重要要素。

  在为特定运用环境挑选适宜的APCUPS电源体系规划配置计划时,能够将表 3 作为一个切入点。关于没有或很少冗余组件的规划而言,必然存在停机时段以进行保护。假如不允许停机,那么应当挑选能进行并行保护的规划。只要依次答复流程图中提出的问题,便可顺利找到最适宜的体系。供电根底设施关于数据中心设备是否能正常运转至关重要。可供挑选的APCUPS电源配置有许多种,每一种都有优势,也有不足之处。只要充沛了解了公司的可用性要求、危险承受能力和预算范围之后,才干挑选适宜的规划计划。如本文中所剖析,为双电源负载直接供电的 2(N+1) 结构可供给全面的冗余,并扫除了单毛病点,因而是可用性最高的一种配置。