當今世界的云計算使用量正在增加，隨時(shí)連接到互聯(lián)網(wǎng)是一種常態(tài)。人們帶著(zhù)智能手機四處走動(dòng)，智能手機一直與互聯(lián)網(wǎng)相連。通過(guò)流媒體服務(wù)盡情享受整季節目已經(jīng)成為觀(guān)看電視節目的首選方法。云有這么多廣泛的用途，我不可能把它們都列在這里。有一件事是肯定的。所有這些使用互聯(lián)網(wǎng)和云的設備需要非常大的存儲空間和基礎設施。這是數據中心的工作。數據中心是互聯(lián)網(wǎng)的核心。為確保這些信息在100％的時(shí)間內可用，數據中心是為最大的可靠性而設計的。

不間斷電源（UPS）是每個(gè)數據中心用來(lái)確保服務(wù)器和所有敏感計算設備不受電力線(xiàn)干擾和電能質(zhì)量問(wèn)題影響的設備之一。

數據中心系統中的直流電源

諸如服務(wù)器和路由器之類(lèi)的計算設備都依賴(lài)于內部電源來(lái)提供運行處理器和外圍設備所需的調節直流電源。這些電源只能在計算設備易于關(guān)閉或過(guò)載之前處理電源電壓的某種變化。信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)委員會(huì )（ITI）創(chuàng )建了一條曲線(xiàn)和應用說(shuō)明，描述了典型信息技術(shù)設備可以忍受的輸入電壓范圍。它被稱(chēng)為ITI（CBEMA）曲線(xiàn)。

應用筆記定義了ITI曲線(xiàn)描述的七種電能質(zhì)量事件。例如，曲線(xiàn)顯示大多數設備能夠承受高達20 ms的電壓降。UPS的設計是為了確保計算設備的輸入電壓在電壓范圍的“功能區無(wú)中斷”范圍內。

不間斷電源的組件

有幾種類(lèi)型的不間斷電源，將在下面定義，但所有UPS系統都將使用以下組件。

整流器：整流器將輸入交流電轉換為直流電。該直流電將用于為儲能系統供電。

儲能：每個(gè)UPS都會(huì )使用某種系統來(lái)存儲能量，以防輸入電源故障。這種能量可以以電池、飛輪或超級電容器的形式存儲，是UPS提供不間斷電源的原因。

逆變器：逆變器將來(lái)自整流器或儲能系統的直流電轉換為負載使用的所需交流電。

不間斷電源的類(lèi)型

待機/離線(xiàn)：備用UPS有兩種模式。在正常運行期間，輸入功率直接饋送到輸出負載而沒(méi)有濾波。當檢測到斷電時(shí)，固態(tài)開(kāi)關(guān)用于將負載轉移到電池電源。

線(xiàn)路交互：與備用UPS類(lèi)似，但能夠根據過(guò)壓和欠壓情況調整輸出，而無(wú)需切換到電池。當檢測到斷電時(shí)，固態(tài)開(kāi)關(guān)用于將負載轉移到電池電源。

在線(xiàn)/雙轉換：在線(xiàn)UPS使用雙轉換電力電子設備。在此拓撲中，電池系統始終處于連接狀態(tài)，無(wú)需切換到備用電源。正常運行的功率流是通過(guò)整流器、能量存儲系統以及通過(guò)逆變器進(jìn)行充電的。

在線(xiàn)雙轉換UPS系統

關(guān)鍵數據中心通常會(huì )使用在線(xiàn)雙轉換UPS系統。我們已經(jīng)知道在線(xiàn)UPS將配備整流器、儲能系統和逆變器。為了進(jìn)一步提高系統的可靠性，還將包括一個(gè)內部自動(dòng)靜態(tài)轉換開(kāi)關(guān)，以實(shí)現到旁路電源的轉換。如果在UPS內檢測到問(wèn)題或故障，將自動(dòng)進(jìn)行轉移。

關(guān)鍵數據中心的UPS系統也使用外部維護旁路。這是一個(gè)開(kāi)關(guān)設備，允許手動(dòng)將關(guān)鍵負載從UPS轉移到旁路電源。手動(dòng)轉移到外部旁路電源允許完全切斷電源，以便在UPS內部進(jìn)行安全的維護工作。

UPS冗余需要高正常運行時(shí)間

為了滿(mǎn)足數據中心的高正常運行時(shí)間要求，UPS系統通常采用冗余配置。

N + 1冗余

讓我們將“N”定義為處理總負載所需的全部UPS容量。對于簡(jiǎn)單冗余，安裝了額外的模塊。在這種多模塊系統中，每個(gè)UPS都能夠提供所需的“N”電源。這被稱(chēng)為N + 1冗余。

N冗余

企業(yè)級IT設備通常支持雙電源操作。該設備可以連接到多個(gè)電源。在數據中心，這兩個(gè)來(lái)源將是獨立的UPS系統?！癆側”和“B側”可以為計算機設備供電。每一方都能夠處理100％的負載能力。這被稱(chēng)為2N冗余。

2（N + 1）冗余

這兩個(gè)概念也可以結合起來(lái)。以具有2N冗余配電系統為例，不是每側一個(gè)模塊UPS，而是多個(gè)模塊。這在每側提供N + 1冗余。這被稱(chēng)為2（N + 1）冗余。

無(wú)變壓器多級UPS拓撲

如今，部署在數據中心的最先進(jìn)的UPS系統使用無(wú)變壓器的多級拓撲結構。該拓撲結構可確保最高的可靠性和效率。制造商也開(kāi)始使用寬帶隙晶體管，如碳化硅（SiC）。這在雙轉換模式下將UPS系統的效率提高了98％。

總結

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)使用量日益增加，越來(lái)越多的數據中心正在建設中。UPS系統是確保數據中心內的每臺計算機始終運行的核心。下次當你播放你最喜歡的節目時(shí)，請記住所有信息都是通過(guò)UPS不間斷提供的。

華葆金武士UPS電源2020.5.5