數據機房UPS不間斷電源系統的演變與發展。數據中心和機房的大規模建設進一步數據機房UPS不間斷電源系統的演變與發展

典型的數據中心機房供電系統，由中壓配電、變壓器、低壓配電、UPS不間斷電源、末端配電以及發電機等設備組成。其中，UPS的主要作用，是在市電電源中斷、發電機啟動之前，確保所帶的負載持續供電，因此，UPS系統包含了儲能設備，如蓄電池或飛輪；此外，傳統UPS還具有隔離市電側浪涌、電壓驟升驟降等作用。

UPS不間斷電源系統是數據中心供電連續性的重要保障，UPS系統的可靠性直接影響數據中心的可靠性，同時，在絕大多數數據中心機房，機房UPS系統的損耗可占IT設備能耗的10%以上。因此，提高UPS系統的可靠性，同時降低其損耗，就成為數據中心UPS系統架構演變的主旋律。

傳統UPS供電系統

目前，數據中心內應用最廣的不間斷電源還是傳統UPS，它主要由整流AC-DC、逆變DC-AC和靜態旁路3部分電路組成，DC母線上掛接蓄電池，輸入AC正常時，經整流和逆變兩次轉換后為負載供電，同時為蓄電池浮充，輸入AC中斷時，蓄電池由浮充轉放電，經逆變器為負載供電，對負載來說，感受不到輸入端電源的中斷。

傳統的雙轉換在線式UPS設備采用可控硅整流，主要的問題是諧波電流畸變率（THDi）高(10-30%)，轉換效率低(85-92%)。

UPS不間斷電源系統的發展

由于UPS設備結構復雜，因此自身容易發生故障，設備冗余可以提高可用性，UPS系統便有了N、N+X、2N、”市電+U電“等架構。

N系統滿足基本需求，沒有冗余的UPS設備。它的優點是系統簡單，硬件配置成本低廉；由于UPS工作在設計滿負荷條件下，因此效率較高。其缺點是可用性低，當UPS發生故障，負載將轉換到旁路供電，無保護電源；在UPS、電池等設備維護期間，負載處于無保護電源狀態；存在多個單故障點。

N+X并聯冗余系統是指由N+X臺型號規格相同且具有并機功能的UPS設備并聯組成的系統，配置N臺UPS設備，其總容量為系統的基本容量，再配置X臺UPS冗余設備，允許X臺設備故障退出檢修。相對于“N”系統，“N+X”系統在UPS配置上有了一定的冗余，系統可靠性有所提高，同時帶來了系統配置成本的增加、系統負荷率的降低以及效率降低。

為了消除單點故障，高等級數據中心和機房通常采用2N冗余系統。該系統是指由兩套或多套UPS系統組成的冗余系統，每套UPS系統N臺UPS設備的總容量為系統的基本容量。該系統從交流輸入經UPS設備直到雙電源輸入負載，完全是彼此隔離的兩條供電線路，也就是說，在供電的整個路徑中的所有環節和設備都是冗余配置的，正常運行時，每套UPS系統僅承擔總負荷的一部分。

“市電+U電”供電架構由百度提出并在2011年其自建M1數據中心規模應用，它在N+1系統基礎上做了改進，UPS設備配置不變，將服務器等雙電源設備的其中1路改由市電直接供電，消除了單點故障，可靠性較N+1系統大大提高，同時，UPS系統的損耗降低為原先的50%。UPS系統整體效率提升至95%以上。

隨著業內對數據中心能耗關注日益增強，國內近幾年出現了一種新型的分布式DC240V電源設備，同樣采用離線方案，市電正常時，直接輸出市電電源，市電停電后，由內部鋰電池提供DC240V輸出。這種方案的優勢是IT設備無需定制，只要兼容DC240V供電即可。其缺點是電源內部存在AC220V和DC240V的切換，系統可靠性降低；鋰電池串聯數量多，單只電池故障會影響系統的可靠性。

隨著國內數據中心前端配電系統及發電機自動控制系統的完善以及運營水平的提升，蓄電池的后備時間一定會縮短，分布式鋰電池供電系統將在互聯網等行業數據中心迎來春天。

UPS系統對數據中心和機房的重要性

對于數據中心來說，在電力系統的運行過程中，不可避免地會出現故障。盡管故障出現的幾率很小，持續的時間也不長，但產生的后果卻往往十分嚴重。電力系統發生故障時，運行狀態將經歷急劇變化。所以UPS系統的應用對于機房電力系統不間斷運行來說尤為重要。對UPS系統日常檢測、維護也更是重中之重。

UPS電源是許多機房的動力保證，保證了供電的連續性，保證了供電系統的安全性，UPS電源時刻發揮著重要的安全保障作用，蓄電池是UPS重要組成部分，蓄電池作為動力提供的最后保障，無疑是UPS電源中的最后一道保險，其質量的好壞直接關系到UPS是否正常工作。加大了市場對于UPS的需求，可靠，高效，易用易維護成為越來越多UPS廠家關注的重點特性。那么從UPS產生至今，共經過了哪些變化？是什么引起了這些變化？