机房供配电系统为机房用电安全提供基础架构。不同类别机房对供配电系统的要求如下:

　　国家A类标准机房:一旦出现突发断电,将产生重大财产损失和严重的社会影响,要求建立不停电电源系统;

　　国家B类标准机房:突发断电后会造成一定的财产损失和社会影响,要求建立备用电源系统;国家C类标准机房:突发断电一般不会造成重大财产损失和社会影响,可按一般用户电源配置。为满足对用电安全要求最高的A类机房电源配置,可以通过从两个不同变电站提供双回路供电并结合设置应急发电机来获得(如图1所示)。

　　来自A、B两个不同变电站的市电,经自动切换开关ATS1选择后,与应急发电机一起进入自动切换开关ATS2,之后进入机房输入配电柜,向机房负载供电。

　　应急发电机系统是至关重要的,不仅要考虑机房负载设备的用电,还应考虑给机房所有冷却设备提供备用电源。为了避免负载设备因温度上升而停止运行,造成温度过高而酿成事故。应急发电机供电时间依据当地电力保障情况而定,一般而言,燃油储备不应少于4h。

　　ATS(Automatic Transfer Switch)自动转换开关主要用于应急供电系统,当一路电源断电时,将负载电路自动切换到另一路(备用)电源,以确保重要负荷连续、可靠运行。

　　1 UPS的作用

　　UPS对保证计算机正常运行是很重要的设备,干净、稳定的电源。据IDC统计,全部电脑故障的45%是由电源问题引起的;除了因电网维护预先安排的停电、电网故障停电、自然灾害导致的停电,电网还存在着断电、雷击尖峰、浪涌、频率振荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲*等电源质量问题。

　　但是,机房精密的网络设备和通信设备对电源要求较高,更不允许电力中断,因此UPS为保障机房供电安全、提高机房供电质量发挥着必不可少的作用。

　　UPS一方面保证对负载供电的连续性:

　　(1)在两路电源之间实现无间断相互切换。

　　(2)能够提供一定的后备时间。UPS的蓄电池贮存一定能量，在电网停电或间断时能够继续供电一段时间(10min、30min、60min或更长)来保护负载。

　　另一方面保证对负载供电的质量:

　　(1)隔离作用。将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动、电压噪声等电网*阻挡在负载之前,使电网中的*不影响负载,也使负载对电网不产生*。

　　(2)电压变换作用。输入电压等于或不等于输出电压，如380V/380V、380V/220V，包括稳压作用。

　　(3)频率变换作用。输入频率等于或不等于输出频率,如50Hz/50Hz、50Hz/60Hz,包括稳频作用。

　　2 UPS的应用方式

　　UPS的应用方式，取决于机房供配电系统如何安排UPS的输入供电和输出配电方案。

　　2.1 单UPS

　　目前机房广泛采用双变换式UPS,以确保电力供应不中断。图2是UPS最常见的应用方式,但仍然存在安全隐患。

　　在这种应用方式中,机房负载不可避免地会出现由市电或发电机直接供电的状态;如当UPS发生故障或维护检修时,系统将由交流旁路或维修状态供电通道供电,供电安全性和可用性完全依赖于市电或发电机质量。一旦市电出现短暂的(通常持续时间在100ms以上)断电故障,机房将不可避免会出现灾难性后果。此外,旁路状态工作时,电网质量不佳、电源*对机房IT设备也是不可忽视的安全隐患。

　　为了提高供电安全性和可用性,可在机房中采用两台或以上的UPS,并设计科学合理的UPS输入供电与输出配电方案。

　　2.2串联热备份

　　串联热备份供电方式采用主、备UPS各一台,备机的输出作为主机的旁路备份输入。

　　(1)正常情况:主机带100%负载,备机不带载;

　　(2)主机出现故障:主机所带全部负载通过旁路转由备机供电;

　　(3)市电停电:主机带载放电至电池终止电压后,主机的电池欠压保护功能起作用,负载转由备机供电。

　　市电停电后,为了保证备机能够完成供电,备机需要有相应容量的蓄电池。则当市电停电,主机电池在放电的过程中,备机的电池同样在放电,但由于备机是空载状态,其耗用电池容量约为10%。在市电突发异常时,在一定时间内为机房负载提供一般情况下,备机的电池配置容量与主机相同,系统总的后备时间接近于单机的两倍。

　　串联热备份方式由于控制技术简单、成本低、安装简便而得到广泛应用,但也存在一些明显的问题:正常情况下,主机带100%负载而备机不带载,因此长期运行必然造成主、备机及配套电池老化程度不一致;一旦主机出现故障,则100%负载加到备机上，对备机的冲击非常大，存在一定隐患。因此在大型UPS系统中，较多采用并联的冗余模式。

　　2.3并联热备份

　　并联热备份供电方式采用主、备UPS各一台,两台UPS的输出同时送到冗余转换器,经冗余转换器再给负载供电。

　　(1)正常情况:冗余转换器让主机对负载供电,或者让主机带重要负载、备机带次要负载;

　　(2)主机出现故障:冗余转换器快速将负载转移到备机上,完成负载的冗余供电;

　　(3)主机恢复正常:主机输出到冗余转换器后,冗余转换器又将负载重新转移回由主机供电。

　　并联热备份方式可由两台不同容量的UPS组成,连接简单、可靠性高,但不能增容,过载能力不能增大。

　　2.4直接并联

　　由2～4台UPS直接并联组成,每台UPS具有各自的静态旁路,输出同时送到并联配电柜上进行直接并联,共同均分负载电流,不存在主从关系;当某台UPS出现故障时,该机自动退出并联系统,其负载电流由剩余的UPS供电,输出不间断;在故障机维修完成后可以在线并入,继续对负载进行冗余供电。

　　直接并联方式连接简单、不增大占地面积、价格适当、负载均分,可实现并联冗余、并联增容,但所有UPS的旁路必须是同一路电源,可靠性略低。

　　为进一步改善安全性能,在使用UPS设备的同时,结合双回路供电、双总线输出方式,可以提供一种更高安全性的供电方式。如图3所示,采用双回路、应急发电机供电、UPS并机双总线输出,能有效消除从变电站到各机房设备输入端的整个供电系统中可能存在的各种单点故障隐患。

　　正常供电时,来自不同变电站的两路市电分别与应急发电机一起,经ATS切换后形成机房供电输入母线1和母线2,两条母线分别向两组UPS供电,母线之间可通过开关K按需要接通,以应对极端情况。两组UPS通过直接并联方式分别向两条输出母线供电。

　　与单总线输出供电系统相比,双总线输出供电系统能有效消除从UPS并机输出到设备终端之间的单点瓶颈故障隐患,确保机房设备的高安全性和高可用性,同时也方便整个供配电系统的检修、维护和升级扩展。采用双回路、应急发电机供电、UPS并机双总线输出的供电方式,不仅消除了传统UPS供电方式中因静态交流旁路或维修旁路供电状态带来的事故隐患,而且在极端情况下(两路市电长时间停电且有一台UPS故障)也能确保机房较长时间的供电质量和供电安全。