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隨著借(jie)助軟件使(shi)得(de)IT容錯持(chi)續得(de)到改善，當(dang)前(qian)的(de)(de)(de)業界越來越傾向于(yu)N +1 UPS的(de)(de)(de)架構趨勢，而非2N架構。目前(qian)，有兩(liang)種常用(yong)的(de)(de)(de)方法用(yong)于(yu)N +1架構的(de)(de)(de)實(shi)現：一(yi)(yi)起并(bing)(bing)聯多個單一(yi)(yi)的(de)(de)(de)UPS或(huo)借(jie)助多個配置(zhi)為(wei)N +1冗(rong)(rong)余的(de)(de)(de)內部(bu)(bu)模塊部(bu)(bu)署(shu)一(yi)(yi)個單一(yi)(yi)的(de)(de)(de)UPS框架。在本(ben)文中，我(wo)們將為(wei)廣(guang)大(da)讀者諸君(jun)介紹在內部(bu)(bu)的(de)(de)(de) 模塊化(hua) 冗(rong)(rong)余UPS和并(bing)(bing)聯冗(rong)(rong)余的(de)(de)(de)UPS之間進行量化(hua)時，所(suo)需(xu)考(kao)慮的(de)(de)(de)關鍵性(xing)的(de)(de)(de)權衡要(yao)素；并(bing)(bing)為(wei)大(da)家展示當(dang)部(bu)(bu)署(shu)了內部(bu)(bu)冗(rong)(rong)余之后，其所(suo)為(wei)數(shu)據中心帶來的(de)(de)(de)27%的(de)(de)(de)資本(ben)成本(ben)節(jie)約，并(bing)(bing)使(shi)得(de)部(bu)(bu)署(shu)時長縮短了1-2周的(de)(de)(de)時間。此外，我(wo)們還將討論(lun)在UPS中的(de)(de)(de)容錯對于(yu)確保數(shu)據中心的(de)(de)(de)可(ke)(ke)用(yong)性(xing)、可(ke)(ke)靠性(xing)和可(ke)(ke)維護性(xing)需(xu)求得(de)到滿(man)足(zu)的(de)(de)(de)重要(yao)性(xing)。

基(ji)于其所支持的(de)(de)負載(zai)的(de)(de)臨界性的(de)(de)不(bu)同，每處(chu)數據中心均需要實現不(bu)同程度的(de)(de)冗余。雙路(lu)徑架(jia)構（例如(ru)，兩個獨立的(de)(de)電源路(lu)徑）能夠提供(gong)最高級別的(de)(de)可(ke)用性，維護(hu)或故障可(ke)以在任何系(xi)統發生，而不(bu)會對負載(zai)造成任何影響。

然(ran)而(er)，在今(jin)天的數(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)，我們在IT層(ceng)正(zheng)看到(dao)越來越多的容(rong)錯(cuo)通過軟(ruan)件發(fa)生。借助諸如虛擬化(hua)和超融(rong)合等技術，一臺服(fu)務器(qi)出(chu)現(xian)故障也就同時意味著IT任(ren)務也將隨之停(ting)滯的現(xian)象已然(ran)一去(qu)不復返了。如果(guo)一臺物理服(fu)務器(qi)由于上游故障而(er)出(chu)現(xian)故障運行失(shi)敗，或需要按計劃進行定期(qi)性的維護，數(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)能夠將業(ye)務功(gong)能遷移到(dao)另(ling)一臺服(fu)務器(qi)，另(ling)一個pod，另(ling)一處機房(fang)，或一處完全獨立的數(shu)據中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)。

盡(jin)管(guan)可(ke)用(yong)性仍然是數(shu)據中心的(de)(de)關鍵(jian)目標，但有些(xie)業內人士發(fa)現，現在這(zhe)一目標可(ke)以通過諸如(ru)在UPS這(zhe)樣的(de)(de)關鍵(jian)物理基礎設施系統的(de)(de)N + 1冗余(yu)來實(shi)現。在本(ben)(ben)文中，我們(men)將(jiang)為廣大讀者準君詳細闡明能夠幫助您(nin)企業實(shi)現UPS系統N + 1冗余(yu)的(de)(de)不同(tong)(tong)方法，并量(liang)化投(tou)資成(cheng)本(ben)(ben)、部署時(shi)間、效率(lv)和可(ke)靠性，同(tong)(tong)時(shi)，還將(jiang)探討(tao)在UPS內部的(de)(de)容錯能力對(dui)于確保數(shu)據中心的(de)(de)可(ke)用(yong)性、可(ke)靠性和可(ke)維護性需求得到滿足的(de)(de)重要性。

術語的澄清

在許多關于數據中(zhong)心的(de)(de)(de)討論中(zhong)， N + 1 這一術語經常與各種UPS配置互換使用。下(xia)面，我們將(jiang)定(ding)義(yi)關鍵性(xing)的(de)(de)(de)術語，以(yi)澄清三種具(ju)體的(de)(de)(de) N + 1 配置之間(jian)的(de)(de)(de)區(qu)別。

l N + 1冗余：實(shi)現彈性，以確保(bao)在組件發生故障的情況下系統(tong)可(ke)用(yong)性的一(yi)(yi)種手段。組件（N）至少有(you)一(yi)(yi)個獨立的備份組件（+ 1）。簡而(er)言之(zhi)， N是指我的需求，而(er)1則意味著(zhu)我有(you)一(yi)(yi)個備用(yong)。

l 隔(ge)離冗余：一(yi)項特定(ding)的(de)(de)N + 1配置。在此配置中，有(you)一(yi)個主的(de)(de)或 首(shou)要的(de)(de) UPS模塊(kuai)通常供給給負載。這種配置要求首(shou)要的(de)(de)UPS模塊(kuai)為靜態旁路電路有(you)一(yi)個獨立的(de)(de)輸入。 隔(ge)離 或 輔助(zhu)的(de)(de) UPS供給給主UPS模塊(kuai)靜態旁路，并且是完全(quan)卸(xie)載的(de)(de)。

l 并聯(lian)冗余(yu)：一個特(te)定(ding)的(de)N + 1配置。由多(duo)個并聯(lian)的(de)、規模大小相(xiang)同(tong)的(de)UPS模塊(kuai)組(zu)成，共用(yong)一條輸出總線。并聯(lian)冗余(yu)系統需要UPS模塊(kuai)的(de)容量和模型完全相(xiang)同(tong)。

l 內部(bu) 模(mo)塊化 冗余：一(yi)(yi)(yi)個(ge)特定的(de)N + 1配置(zhi)。這(zhe)是我們在(zai)這(zhe)本(ben)文中(zhong)所定義(yi)的(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)新的(de)術語，因為其目前(qian)尚缺乏共同的(de)命名；在(zai)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)配置(zhi)中(zhong)， + 1 在(zai)UPS框架(jia)內部(bu)發生(sheng)，一(yi)(yi)(yi)般是在(zai)電(dian)源(yuan)模(mo)塊級別。在(zai)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)配置(zhi)中(zhong)，有一(yi)(yi)(yi)個(ge)共享的(de)背板(ban)、控制系(xi)統和電(dian)池廠。

在本文中，我們將為大(da)家重點(dian)比較并聯(lian)冗(rong)(rong)余(yu)和內(nei)部 模塊(kuai)化 冗(rong)(rong)余(yu) 兩種(zhong)N + 1配置，其中的(de) +1 組(zu)件是積極有效(xiao)的(de)（而(er)不是待(dai)機）。下(xia)圖1概(gai)念性地展示(shi)了 +1 在每(mei)種(zhong)情況下(xia)的(de)發(fa)生。

圖(tu)1 并聯冗余(yu)和內部(bu) 模(mo)塊(kuai)化 冗余(yu)在概(gai)念上的差異(yi)

配置細節

為了突出強(qiang)調在(zai)選(xuan)(xuan)擇一(yi)(yi)款(kuan)無(wu)冗余UPS與(yu)一(yi)(yi)款(kuan)N + 1 UPS時的(de)權衡取舍，我們已經分(fen)析了三種具體的(de)配置。在(zai)這三種情況(kuang)下，我們選(xuan)(xuan)擇了1MW的(de)額定(ding)容量。

1、基準的1N配置：一款單(dan)一的1000 kW UPS，沒有(you)冗余(yu)（由四(si)個 內(nei)部(bu) 250千瓦(wa)模(mo)(mo)(mo)塊組成）；屬于基本情況2、內(nei)部(bu) 模(mo)(mo)(mo)塊化 冗余(yu)N + 1配置：一款模(mo)(mo)(mo)塊化的1000 kW UPS，包括五個 內(nei)部(bu)的 250 kW模(mo)(mo)(mo)塊（其中四(si)個用(yong)于容量和一個用(yong)于冗余(yu)）

3、并聯(lian)(lian)冗(rong)余(yu)N + 1配置：三款500 kW UPS 框(kuang)架 配置作(zuo)為并聯(lian)(lian)冗(rong)余(yu)（兩個(ge)用于(yu)容量和一個(ge)用于(yu)冗(rong)余(yu)）

基本的1N配置

借(jie)助一款1N UPS設(she)計，任何(he)組件的(de)(de)(de)故障都需要轉移(yi)負(fu)載到UPS旁(pang)路(lu)或環繞旁(pang)路(lu)。最簡單(dan)(dan)的(de)(de)(de)例子是(shi)(shi)一款單(dan)(dan)一的(de)(de)(de)UPS額定(ding)支撐(cheng)整個(ge)負(fu)載。某(mou)些UPS被設(she)計成模塊(kuai)化和規模化，而某(mou)些則是(shi)(shi)具備固定(ding)的(de)(de)(de)容量(liang)(liang)。我(wo)們(men)所(suo)分(fen)析的(de)(de)(de)1N UPS是(shi)(shi)一種模塊(kuai)化設(she)計，由在一個(ge)單(dan)(dan)一的(de)(de)(de)框架(jia)內的(de)(de)(de)四個(ge)250千(qian)(qian)瓦(wa)(wa)的(de)(de)(de)模塊(kuai)組成，以達到1000千(qian)(qian)瓦(wa)(wa)的(de)(de)(de)額定(ding)容量(liang)(liang)。1N也(ye)可(ke)以由多個(ge)單(dan)(dan)元并聯在一起以共同實現所(suo)需的(de)(de)(de)容量(liang)(liang)來(lai)實現。下圖2展示了我(wo)們(men)所(suo)分(fen)析的(de)(de)(de)1N UPS.

圖2 基本的 N 配置

內(nei)部 模塊化 冗余N + 1配置

與在基(ji)準情(qing)況下所(suo)描述的(de)(de)(de)一(yi)(yi)樣(yang)，模(mo)(mo)塊化的(de)(de)(de)UPS也可以通過添加額外的(de)(de)(de)電(dian)源模(mo)(mo)塊來提(ti)供N + 1冗(rong)余。參見下圖(tu)(tu)3.這(zhe)種內部(bu)模(mo)(mo)塊化冗(rong)余N + 1配置與配備了額外的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)第五250千瓦模(mo)(mo)塊的(de)(de)(de)基(ji)準情(qing)況是(shi)一(yi)(yi)樣(yang)的(de)(de)(de)。電(dian)池(chi)系(xi)統由四個(ge)并聯的(de)(de)(de)電(dian)池(chi)組成，每個(ge)電(dian)池(chi)都(dou)有自己的(de)(de)(de)斷(duan)路(lu)器(qi)，所(suo)以在一(yi)(yi)個(ge)電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)故障不會導致整(zheng)個(ge)電(dian)池(chi)系(xi)統的(de)(de)(de)癱(tan)瘓(huan)。如(ru)該圖(tu)(tu)所(suo)示，UPS輸出總線和電(dian)池(chi)（DC）總線是(shi)為所(suo)有的(de)(de)(de)模(mo)(mo)塊所(suo)通用的(de)(de)(de)，因此它(ta)們(men)代(dai)表了需要轉換到環繞式旁路(lu)的(de)(de)(de)UPS系(xi)統的(de)(de)(de)單點故障。

圖3 內部 模塊(kuai)化 冗余配置(zhi)

并聯冗(rong)余(yu)N + 1配置

下(xia)圖4顯示(shi)了(le)我(wo)們所分析的(de)第三種(zhong)情況(kuang)。在(zai)這種(zhong)情況(kuang)下(xia)，三款獨(du)立的(de)UPS并聯在(zai)一(yi)(yi)起，共用一(yi)(yi)個(ge)(ge)輸出(chu)(chu)總線(xian)。每(mei)個(ge)(ge)UPS的(de)容量為500千瓦，所以(yi)第三個(ge)(ge)UPS是 +1 冗(rong)余。如該(gai)圖所示(shi)，借助一(yi)(yi)個(ge)(ge)并聯的(de)冗(rong)余配置，每(mei)個(ge)(ge)UPS有其(qi)自己的(de)電池系統（每(mei)個(ge)(ge)由三個(ge)(ge)并聯串組成），其(qi)提供了(le)一(yi)(yi)個(ge)(ge)額外水平的(de)冗(rong)余，其(qi)在(zai)模塊化UPS中并不存在(zai)。 UPS輸出(chu)(chu)總線(xian)仍然代(dai)表一(yi)(yi)個(ge)(ge)單(dan)一(yi)(yi)故障(zhang)點，在(zai)這種(zhong)情況(kuang)下(xia)，與(yu)其(qi)它兩(liang)種(zhong)配置所不同(tong)的(de)是，輸出(chu)(chu)總線(xian)是在(zai)UPS外部且是現場安裝的(de)。

圖4 并聯冗余配置

注(zhu)意，有時并(bing)聯冗余UPS的(de)(de)部署(shu)具有一個共同的(de)(de)電(dian)池組。這樣做的(de)(de)好(hao)處在(zai)于節省成本（較少的(de)(de)電(dian)池費用），但是，該(gai)配置現在(zai)在(zai)容錯性/可靠性方面更(geng)類似于內部的(de)(de) 模塊化 配置。下面的(de)(de)分(fen)析假設(she)每個UPS都有其自己的(de)(de)電(dian)池系統。

資本支出比較

在一般(ban)情況下，內(nei)置到UPS配(pei)置中(zhong)的(de)冗余(yu)越(yue)多，其成(cheng)本就越(yue)昂貴。這對于(yu)那些為(wei)一個(ge)特定(ding)水平的(de)冗余(yu)制定(ding)業務案例的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)管(guan)理者們而言是具有(you)挑戰性的(de)。如下，我們將(jiang)對上(shang)述三種配(pei)置進(jin)行一個(ge)資本成(cheng)本分析(xi)，以(yi)幫助數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)的(de)決策者們進(jin)行成(cheng)本/收益(yi)的(de)權衡。

方法和假設

當(dang)估計(ji)每(mei)種設計(ji)的(de)成本時，我們使用(yong)了配置的(de)詳(xiang)細(xi)單線(xian)圖。資本成本包括了材料和安裝(zhuang)費用(yong)。安裝(zhuang)成本包括勞動力和所有的(de)電纜、管道、吊架(jia)、釬(han)柄等，材料成本包括UPS、維修旁路柜(ju)、輸出斷路器、電池系(xi)統及組件裝(zhuang)配服務。我們已經排(pai)除了輸入斷路器，因為(wei)(wei)其通常被假定為(wei)(wei)安裝(zhuang)在(zai)建筑內部。

未包(bao)括在本分析中(zhong)的(de)(de)額外的(de)(de)成本費(fei)用有：纜繩(sheng)裝備、存儲、持(chi)續的(de)(de)維護和空間(jian)費(fei)用。即(ji)使是為每(mei)種配(pei)(pei)置(zhi)的(de)(de)一個理想的(de)(de)布局，較之其(qi)他兩種配(pei)(pei)置(zhi)，第三種配(pei)(pei)置(zhi)也將需要約25%以上更多(duo)的(de)(de)空間(jian)，這代(dai)表了當建筑數據中(zhong)心空間(jian)時，所帶來的(de)(de)額外的(de)(de)節省。

分析(xi)的關(guan)鍵假(jia)設是(shi)(shi)：安(an)裝成本是(shi)(shi)基于弗吉尼亞州北(bei)部的美國平(ping)均電氣設備安(an)裝率(lv)。

所有電線被置于電氣金屬(shu)管（EMT）內。

UPS的輸入開(kai)關(guan)距離主(zhu)開(kai)關(guan)設備15米（？？50英(ying)尺）。第一二種配置(zhi)采(cai)用1600A 3線(xian)纜+ 接(jie)地線(xian)；第三種配置(zhi)采(cai)用2000A 3線(xian)纜+ 接(jie)地線(xian)。

UPS距離UPS輸(shu)入開(kai)關(guan)3米（10英尺）。 第一二種(zhong)(zhong)配(pei)置(zhi)(zhi)采(cai)(cai)用1600A 3線(xian)纜+接(jie)地線(xian)達到(dao)1000千瓦(wa)的UPS，而第三種(zhong)(zhong)配(pei)置(zhi)(zhi)采(cai)(cai)用800A 3線(xian)纜+接(jie)地線(xian)達到(dao)均為500千瓦(wa)的三個UPS.輸(shu)出UPS開(kai)關(guan)設備距離UPS 3米（10英尺）。第一二種(zhong)(zhong)配(pei)置(zhi)(zhi)采(cai)(cai)用1600A 3線(xian)纜+ 接(jie)地線(xian)；第三種(zhong)(zhong)配(pei)置(zhi)(zhi)采(cai)(cai)用700A 3線(xian)纜+ 接(jie)地線(xian)。

環繞(rao)（維修）旁(pang)路距離為(wei)6米（20英尺）。第一二種配置采用(yong)1600A 3線(xian)纜+ 接地(di)線(xian)；第三種配置采用(yong)2000A 3線(xian)纜+ 接地(di)線(xian)。

負載距(ju)離UPS輸出開(kai)關15米（50英尺(chi)）。第(di)一二種(zhong)配(pei)置(zhi)采用(yong)1600A 3線纜(lan)+ 接地線；第(di)三種(zhong)配(pei)置(zhi)采用(yong)2000A 3線纜(lan)+ 接地線。

調查結果

下圖5總結(jie)了三種配(pei)置的(de)資本(ben)成(cheng)本(ben)之間的(de)差異。如圖5所示(shi)，內(nei)部的(de) 模(mo)塊化 冗(rong)(rong)余(yu)是(shi)128美元/千瓦(wa)（26.9%），資本(ben)成(cheng)本(ben)比并聯(lian)冗(rong)(rong)余(yu)配(pei)置低(di)，而基線情況是(shi)29美元/千瓦(wa)（6.1%），資本(ben)成(cheng)本(ben)比內(nei)部 模(mo)塊化 冗(rong)(rong)余(yu)低(di)。

圖(tu)5 三種配置的成本/千瓦時比較(jiao)

下表1按主(zhu)要費用類別(bie)提供(gong)了對每(mei)種設計(ji)的(de)(de)估計(ji)費用的(de)(de)更進(jin)一步的(de)(de)細分比較。所有費用均歸(gui)到額定UPS容量的(de)(de)成本/千(qian)瓦。雖然在大(da)小容量的(de)(de)UPS之(zhi)間的(de)(de)每(mei)千(qian)瓦成本是有差異的(de)(de)，但該表格提供(gong)了關于各(ge)種不(bu)同方法之(zhi)間的(de)(de)相對成本差異的(de)(de)合理(li)指導。

表1 成本比較(jiao)的詳細結果(guo)

部署速度

除(chu)了N + 1配置之間的(de)資本成本的(de)差(cha)異，對部署的(de)速度也有影(ying)響(xiang)。如下，我們將討論(lun)一個單一的(de)UPS的(de)安裝(zhuang)較之一組并聯(lian)冗余(yu)UPS的(de)安裝(zhuang)進度。

一(yi)(yi)個(ge)1兆瓦的UPS的典型(xing)安裝需要大約(yue)6-8周(zhou)的時間(jian)(jian)跨度（包(bao)括(kuo)(kuo)關鍵步驟之間(jian)(jian)的緩(huan)沖(chong)）。這段(duan)時間(jian)(jian)內發生的主要活(huo)動包(bao)括(kuo)(kuo)：l 安置UPS系統房間(jian)(jian)的準(zhun)備(bei)，包(bao)括(kuo)(kuo)清潔墊的準(zhun)備(bei)。這項活(huo)動按(an)計劃通常需要分配一(yi)(yi)個(ge)星(xing)期。然后(hou)，在房間(jian)(jian)準(zhun)備(bei)與(yu)交付期間(jian)(jian)通常有一(yi)(yi)個(ge)星(xing)期的緩(huan)沖(chong)時間(jian)(jian)，以確(que)保房間(jian)(jian)交付真正準(zhun)備(bei)好。

l UPS的交付和裝配(pei)。一(yi)個1000 kW的UPS系統通(tong)常非(fei)常笨重。 此步驟一(yi)般需要分配(pei)2至3天(tian)的項目(mu)進度。

l UPS管道(dao)的運行。這項工作需要大約一周的時(shi)間。

l 線纜和(he)終端配(pei)置調(diao)試。這項(xiang)工(gong)作通常在日程安排中分配(pei)一周(zhou)的(de)時(shi)間。

l 啟動和測(ce)試(shi)。項目進(jin)度表一般需(xu)(xu)要(yao)在UPS的完全連接和調度啟動之間安排大(da)約一周的緩沖。這(zhe)是考慮到在安裝過程中(zhong)可能出現的任何意外的問題。然后(hou)需(xu)(xu)要(yao)一個星(xing)期的測(ce)試(shi)。

對于(yu)1N設計(ji)和內部的(de) 模塊化 冗余(yu)UPS而言，這些安裝(zhuang)(zhuang)步驟都是相同(tong)的(de)，一(yi)個(ge)例(li)外是在(zai)框架中(zhong)增加(jia)一(yi)個(ge)額(e)外的(de)電(dian)源模塊。因此(ci)，安裝(zhuang)(zhuang)成本是相同(tong)的(de)。對于(yu)一(yi)個(ge)并聯冗余(yu)的(de)UPS配置，其中(zhong)大(da)量的(de)UPS必(bi)須并聯在(zai)一(yi)起，典型的(de)部署時(shi)間要多(duo)(duo)1 2 周或并聯系統需要25%-30%的(de)更(geng)(geng)(geng)長(chang)的(de)時(shi)間。安裝(zhuang)(zhuang)、配置和保證各單(dan)(dan)位之(zhi)間通信的(de)多(duo)(duo)單(dan)(dan)元安裝(zhuang)(zhuang)設置的(de)額(e)外現(xian)場(chang)工作如下：l 更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)終端用于(yu)更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)的(de)電(dian)源l 更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)設置到位的(de)單(dan)(dan)位l 更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)單(dan)(dan)位的(de)啟動l 更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)單(dan)(dan)位加(jia)載到測(ce)試(shi)l 并聯和同(tong)步檢(jian)查(cha)l 更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)的(de)測(ce)試(shi)/執行程(cheng)序l 更(geng)(geng)(geng)多(duo)(duo)的(de)控制線和監測(ce)點。

借助(zhu)一個(ge)模塊(kuai)(kuai)化UPS，多個(ge)內(nei)部的(de) 模塊(kuai)(kuai) 可用于(yu)增(zeng)加容(rong)量或(huo)冗余，上述工作列表在(zai)出(chu)廠設置(zhi)中(zhong)完成，這不僅(jin)節(jie)省了時間(jian)(jian)，同時也提高(gao)了結果的(de)可預測性。除了更快的(de)初(chu)始(shi)安裝(zhuang)，模塊(kuai)(kuai)化的(de)UPS具有能夠隨(sui)著時間(jian)(jian)的(de)推移以最(zui)小的(de)工作實現規模化擴展的(de)能力，使(shi)得添(tian)加新的(de)UPS到非模塊(kuai)(kuai)化設計只需(xu)要幾個(ge)小時而無需(xu)幾天或(huo)幾周(zhou)的(de)時間(jian)(jian)來布線及調(diao)試。

對效率的影響

一款(kuan)UPS的(de)(de)能量效(xiao)率是(shi)取決于其(qi)所(suo)操(cao)(cao)作(zuo)運(yun)營的(de)(de)負(fu)載(zai)(zai)。而且，由于增(zeng)加(jia)(jia)冗余(yu)(yu)意味著增(zeng)加(jia)(jia)額(e)外(wai)的(de)(de)（備用）容量，冗余(yu)(yu)可以對效(xiao)率產生(sheng)影響。假設1000千瓦額(e)定容量有(you)80%的(de)(de)負(fu)載(zai)(zai)，這是(shi)一個典(dian)型的(de)(de)閾值數據中心的(de)(de)操(cao)(cao)作(zuo)運(yun)營設置，在本(ben)文中所(suo)分析的(de)(de)UPS配(pei)置將以800kW的(de)(de)負(fu)載(zai)(zai)操(cao)(cao)作(zuo)運(yun)營。下表2顯示了對每種配(pei)置對于負(fu)載(zai)(zai)百分比的(de)(de)影響，并以這一假定的(de)(de)負(fu)載(zai)(zai)為前提。

表(biao)2 配置對UPS負載的影響

但是，任何低負載(zai)的(de)特定UPS的(de)效率(lv)，其(qi)實是因(yin)制造商、模型的(de)不(bu)同(tong)而(er)異(yi)的(de)，并應(ying)進(jin)行調查作(zuo)為(wei)規(gui)劃過(guo)程的(de)一(yi)部分。下(xia)圖6展示出了(le)兩款UPS曲線(xian)(xian) 一(yi)種(zhong)在輕負載(zai)情況下(xia)，比(bi)(bi)全負載(zai)的(de)效率(lv)要低得多（左圖），而(er)另(ling)一(yi)個則(ze)具(ju)有(you)一(yi)個相對(dui)平(ping)坦的(de)曲線(xian)(xian)（右(you)圖）。左圖中的(de)UPS具(ju)有(you)較大的(de)固定損失，這會導致其(qi)在較輕負載(zai)情況下(xia)效率(lv)下(xia)降，在這種(zhong)情況下(xia)，增加冗余，會帶來更(geng)多的(de)電力成(cheng)本(ben)。讓(rang)對(dui)于(yu)右(you)圖中的(de)UPS，添加冗余會對(dui)能源成(cheng)本(ben)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)可忽略不(bu)計。事實上，最佳效率(lv)的(de)載(zai)荷范圍(wei)是在40-60%內。而(er)在《使大型UPS系統(tong)更(geng)高效》一(yi)文中，則(ze)詳細介紹(shao)了(le)效率(lv)曲線(xian)(xian)的(de)更(geng)多背景及(ji)數(shu)據(ju)中心(xin)運(yun)營點對(dui)能源的(de)影(ying)(ying)響(xiang)。此外，一(yi)款權衡工具(ju)（UPS效率(lv)比(bi)(bi)較計算器）可幫助對(dui)比(bi)(bi)兩種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)UPS曲線(xian)(xian)，來分析其(qi)對(dui)于(yu)效率(lv)和電力成(cheng)本(ben)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)。鑒于(yu)能源消耗成(cheng)本(ben)對(dui)于(yu)數(shu)據(ju)中心(xin)而(er)言(yan)是一(yi)項非常重要的(de)判決準則(ze)，因(yin)此，對(dui)于(yu)UPS預期的(de)運(yun)行負載(zai)進(jin)行評價是相當重要的(de)。配置(zhi)中所添加的(de)冗余越多，操作(zuo)運(yun)營負載(zai)的(de)百(bai)分比(bi)(bi)越低。

圖6 效(xiao)率(lv)和負載之間的百分比關系。左邊的UPS在輕負載時(shi)的效(xiao)率(lv)要(yao)低得(de)多，右邊的UPS有平(ping)坦的曲線(xian)。

風險容忍度

基(ji)(ji)于(yu)(yu)其(qi)所支持(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用程序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)性程度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同，每處數據中心均有(you)不同水平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)風險承(cheng)受能力(li)。正如我(wo)們(men)前面提到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，通過像虛擬化和(he)超融合技術(shu)，使得IT層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)容錯(cuo)能力(li)持(chi)續得到(dao)改善。基(ji)(ji)于(yu)(yu)所部署的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技術(shu)，以及對(dui)(dui)于(yu)(yu)硬(ying)件停機成本對(dui)(dui)于(yu)(yu)業務（定(ding)量和(he)定(ding)性）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)了(le)解，不同UPS配置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成本溢價和(he)可用性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)改進，可以就UPS的(de)(de)(de)(de)(de)(de)冗余水平作出(chu)一(yi)個適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)決策。

成本分析表明，從一(yi)個1N設(she)計(ji)到(dao)內部(bu)的 模塊化 N + 1冗余(yu)設(she)計(ji)有一(yi)個小的溢價（6.5%），而從內部(bu)的 模塊化 到(dao)一(yi)個并聯冗余(yu)N + 1設(she)計(ji)則(ze)有一(yi)個更大的溢價（36.8%）。如(ru)下，我(wo)們將定(ding)性的討(tao)論(lun)三(san)種配(pei)置的停機風(feng)險(xian)。下表3總(zong)結了這些風(feng)險(xian)。

表3 停機風險比較

借助(zhu)1N設計，在UPS或(huo)其電(dian)池內的任何故(gu)障(zhang)都(dou)將帶來(lai)一個到(dao)靜態旁路的轉移。在這種操作模(mo)式下，一款實(shi)用程序的故(gu)障(zhang)會影響(xiang)到(dao)IT硬件。

借助(zhu)內部的(de)(de) 模(mo)塊(kuai)(kuai)化 冗(rong)余(yu)，現在(zai)(zai)有(you)一(yi)個(ge)(ge)備(bei)用電(dian)源模(mo)塊(kuai)(kuai)，使得(de)一(yi)個(ge)(ge)單(dan)一(yi)模(mo)塊(kuai)(kuai)內的(de)(de)故(gu)障不需(xu)要轉(zhuan)移到靜態(tai)旁路(lu)。相(xiang)反，單(dan)個(ge)(ge)模(mo)塊(kuai)(kuai)本身會脫(tuo)機，而負載(zai)仍然由其他活動(dong)模(mo)塊(kuai)(kuai)備(bei)份。失(shi)敗(bai)的(de)(de)模(mo)塊(kuai)(kuai)可以(yi)通過在(zai)(zai)環(huan)(huan)繞旁路(lu)安置整(zheng)個(ge)(ge)UPS在(zai)(zai)稍后被(bei)替換(huan)(huan)。然而，在(zai)(zai)這個(ge)(ge)設計中會有(you)一(yi)個(ge)(ge)單(dan)點故(gu)障。例如，電(dian)池系統中的(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)故(gu)障失(shi)敗(bai)（如電(dian)池斷路(lu)器跳(tiao)閘）將強制轉(zhuan)移到靜態(tai)旁路(lu)，因為只有(you)一(yi)個(ge)(ge)單(dan)一(yi)的(de)(de)電(dian)池組。同樣，如果UPS需(xu)要預(yu)防(fang)性維(wei)護，負載(zai)將被(bei)切(qie)換(huan)(huan)到靜態(tai)旁路(lu)或環(huan)(huan)繞旁路(lu)，二者都不受電(dian)池的(de)(de)保護。

借助一(yi)個(ge)(ge)(ge)并聯冗余UPS配(pei)置，對于(yu)(yu)停機會有(you)(you)(you)一(yi)個(ge)(ge)(ge)額(e)外(wai)的(de)(de)(de)(de)保(bao)護(hu)。因為多個(ge)(ge)(ge)獨立的(de)(de)(de)(de)UPS都(dou)有(you)(you)(you)其自己的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)池組，在(zai)單個(ge)(ge)(ge)UPS或(huo)其電(dian)(dian)池內發生故障時(shi)，負(fu)(fu)載(zai)(zai)可(ke)以留在(zai)受保(bao)護(hu)的(de)(de)(de)(de)UPS電(dian)(dian)源(yuan)。但(dan)是，這又帶來了一(yi)種新(xin)的(de)(de)(de)(de)危險，通過控制、通信和電(dian)(dian)纜阻(zu)抗，以確保(bao)負(fu)(fu)載(zai)(zai)在(zai)整個(ge)(ge)(ge)UPS是共享的(de)(de)(de)(de)。在(zai)本文中，我們將聚焦(jiao)于(yu)(yu)一(yi)個(ge)(ge)(ge)N + 1配(pei)置，其中N = 2，但(dan)根據所(suo)需的(de)(de)(de)(de)總(zong)功率和選定的(de)(de)(de)(de)UPS的(de)(de)(de)(de)規模，N可(ke)以大(da)于(yu)(yu)2.隨著N的(de)(de)(de)(de)增加，不僅(jin)成(cheng)本和部署時(shi)間(jian)會增加，可(ke)靠(kao)性也可(ke)能會由于(yu)(yu)所(suo)有(you)(you)(you)UPS在(zai)所(suo)有(you)(you)(you)工作模式下(xia)平均分擔負(fu)(fu)載(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)挑(tiao)戰的(de)(de)(de)(de)增加而(er)下(xia)降(jiang)。

人為錯誤(wu)對各種配置(zhi)的(de)可用(yong)性也(ye)會有影響(xiang)。設計中所涉及的(de)安裝領域的(de)工(gong)作越(yue)多，停機風險越(yue)大。

人為錯誤

安(an)裝過(guo)程中(zhong)的(de)現場工(gong)作越(yue)多，人為錯(cuo)誤就越(yue)有(you)可能導致(zhi)更(geng)(geng)大(da)的(de)停機風險(xian)；而在出廠(chang)設置(zhi)中(zhong)所完成的(de)工(gong)作則更(geng)(geng)加可預測、更(geng)(geng)可靠。

在(zai)本文所(suo)介(jie)紹的(de)三種配置(zhi)，考慮了輸(shu)出(chu)總(zong)線上的(de)故障（將導(dao)致重(zhong)大故障的(de)負載(zai)）。借助(zhu)一個模塊化UPS，該總(zong)線是(shi)在(zai)UPS內部，因此，是(shi)在(zai)出(chu)廠時安裝(zhuang)的(de)。而在(zai)并(bing)聯(lian)冗余UPS的(de)情況下，輸(shu)出(chu)總(zong)線在(zai)現場被(bei)安裝(zhuang)，這(zhe)增加(jia)了由于(yu)人為錯誤所(suo)導(dao)致的(de)停機(ji)的(de)風險。

一款UPS的容(rong)錯屬性

容錯(cuo)(cuo)使(shi)得一款(kuan)系統(tong)能夠(gou)在某些組(zu)件出現故障的(de)(de)情況(kuang)(kuang)下(xia)繼續工作（在本案例情況(kuang)(kuang)下(xia)，即繼續支持(chi)IT負(fu)載）。某些UPS被設計為有更高水平的(de)(de)容錯(cuo)(cuo)能力。當數據中心(xin)在選(xuan)擇一款(kuan)UPS時，考慮其容錯(cuo)(cuo)設計屬性是非常重要(yao)的(de)(de)；特別是如果(guo)所選(xuan)的(de)(de)架構是由一個單一的(de)(de)UPS框架所組(zu)成的(de)(de)（如配置1和2）。下(xia)面(mian)是容錯(cuo)(cuo)設計屬性的(de)(de)示例：l 電源模塊冗余（逆(ni)變器/整流器）

l 風扇冗(rong)余(yu)(yu)l 控制器電源冗(rong)余(yu)(yu)l 電池組冗(rong)余(yu)(yu)l 通(tong)信總線冗(rong)余(yu)(yu)l 控制系(xi)(xi)統(tong)(tong)冗(rong)余(yu)(yu)l 靜(jing)態開關(guan)大小比預期的最大載荷更大，以適(shi)應高峰/階躍負載的IT設備和下游的PDU通(tong)過在傳(chuan)統(tong)(tong)的UPS系(xi)(xi)統(tong)(tong)解決關(guan)鍵(jian)單(dan)點故障的臨界點，一旦數據中心需要(yao)更高級別的冗(rong)余(yu)(yu)（如2N），就可能能夠依靠(kao)這(zhe)(zhe)些機制，確保關(guan)鍵(jian)負載的運行(xing)。下圖7是以這(zhe)(zhe)種(zhong)理念所(suo)設計的UPS容錯的一個(ge)例子。

圖7 施耐德電氣(qi)公司具(ju)備容錯設計屬(shu)性的(de)UPS系列：Galaxy VX

     一(yi)個普遍的(de)看法是(shi)，物理上(shang)分開的(de)機(ji)箱(xiang)(xiang)需要隔離(li)故障(zhang)，但(dan)其并不總是(shi)關于(yu)物理分離(li)，而是(shi)關于(yu)內(nei)置于(yu)機(ji)箱(xiang)(xiang)盒(he)子里的(de)防御水(shui)平(ping)。

結論

隨(sui)著 N + 1 成為數據中心(xin)的(de)(de)一(yi)個更(geng)常(chang)見的(de)(de)UPS架(jia)構，理解并權(quan)衡不同的(de)(de)方法(fa)就變(bian)得更(geng)重要。這樣，數據中心(xin)的(de)(de)決(jue)策者們才有可能(neng)基(ji)于他們的(de)(de)風險(xian)承受能(neng)力、資金預算和時間進度安排制定(ding)最明智的(de)(de)決(jue)策。

在本文中，我(wo)們探討了(le)兩種常見的(de)(de)(de)N + 1部(bu)署（并(bing)將其與1N設(she)計進行(xing)了(le)對比）方法在資(zi)(zi)本成本、部(bu)署時間(jian)進度安排、效率和可靠性方面的(de)(de)(de)差異。主要結論概述如(ru)下：l 成本：內部(bu)的(de)(de)(de) 模(mo)塊化(hua) N + 1冗余的(de)(de)(de)UPS配(pei)置(zhi)(zhi)較(jiao)之一(yi)個1N設(she)計的(de)(de)(de)資(zi)(zi)金(jin)(jin)成本溢(yi)價為6.5%.而并(bing)聯冗余N + 1配(pei)置(zhi)(zhi)較(jiao)之內部(bu) 模(mo)塊化(hua) N + 1冗余配(pei)置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)資(zi)(zi)金(jin)(jin)成本溢(yi)價為36.8%. l 部(bu)署時間(jian)進度安排：較(jiao)之部(bu)署一(yi)個1N設(she)計或內部(bu) 模(mo)塊化(hua) N + 1配(pei)置(zhi)(zhi)，并(bing)聯冗余配(pei)置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)部(bu)署需要多出(chu)大約25-30%的(de)(de)(de)時間(jian)。這是(shi)現(xian)場安裝(zhuang)、設(she)置(zhi)(zhi)、配(pei)置(zhi)(zhi)，并(bing)確保單獨(du)的(de)(de)(de)各單元之間(jian)的(de)(de)(de)通(tong)信所需的(de)(de)(de)額外的(de)(de)(de)工作所導致的(de)(de)(de)結果。隨著時間(jian)的(de)(de)(de)推移，并(bing)行(xing)冗余配(pei)置(zhi)(zhi)增加容量也需要更長的(de)(de)(de)時間(jian)。

l 對效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)影(ying)響：冗(rong)余會對一(yi)款UPS的(de)運(yun)行負載百分比產生影(ying)響，這意味著(zhu)其對效(xiao)(xiao)率(lv)和(he)電力成本的(de)影(ying)響。然(ran)而，在今(jin)天許多(duo)UPS的(de)設計(ji)均具(ju)有非常平坦的(de)效(xiao)(xiao)率(lv)曲線（較低的(de)固定損失），其效(xiao)(xiao)率(lv)峰(feng)值在部分負載時(shi)。這使得這種影(ying)響可以忽略不(bu)計(ji)。

l 風險容忍度(du)：較(jiao)之(zhi)內部(bu)的 模塊(kuai)化(hua) 配置，并(bing)(bing)聯(lian)冗(rong)(rong)余(yu)(yu)配置將為數據中心負載提(ti)供更高的可用性(xing)。內部(bu)的 模塊(kuai)化(hua) 冗(rong)(rong)余(yu)(yu)設計(ji)(ji)處于1N和(he)并(bing)(bing)聯(lian)冗(rong)(rong)余(yu)(yu)設計(ji)(ji)之(zhi)間。當選擇一(yi)個UPS時(shi)，考慮(lv)設計(ji)(ji)屬性(xing)所導(dao)致(zhi)的UPS容錯(cuo)是非常重要的。

內部(bu)的(de)(de) 模塊化 冗余(yu)在(zai)為一個小的(de)(de)成(cheng)本(ben)溢(yi)價(jia)規避風險方面提(ti)供了(le)顯(xian)著(zhu)的(de)(de)收益，并(bing)且對于效率(lv)和部(bu)署時間(jian)進度(du)安(an)排方面相對沒有(you)影響。并(bing)聯冗余(yu)UPS提(ti)供了(le)更高(gao)的(de)(de)風險規避，但(dan)在(zai)成(cheng)本(ben)和部(bu)署時間(jian)方面有(you)更高(gao)的(de)(de)溢(yi)價(jia)。最后(hou)，要交由數據中心的(de)(de)決策(ce)者(zhe)根據他們的(de)(de)業務需求在(zai)不同的(de)(de)設計配置(zhi)之間(jian)進行權衡取舍。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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