网络机房中UPS优化应用研究

周世毅

（国网固原供电公司，宁夏 固原 756000）

0 引 言

随着经济社会的不断发展，信息技术成为提高社会生产力的重要承载渠道。我国的许多产业、企业以及行业依照时代发展需求建设了网络机房，在互联网与电子商务中获得了普及应用。机房设备需为用户提供不间断、实时化以及及时服务，通过不间断电源（Uninterruptable Power Supply，UPS）系统保证信息数据的维护与更新速度，加强供电系统的安全稳定性。

1 UPS介绍

UPS是1种具有存储性能的不间断电源系统，具有电源供给稳定持续的特点，对使用的设备要求较高，广泛应用于我国大型数据中心和融媒体中心[1]。它将具备免维护性质的铅酸蓄电池与主机相连，是通过主机模块电路将直流电转换成市电的系统设备。该供电模式能够防止计算机内的数据信息丢失或者通信设备中断，原理如图1所示[2]。

图1 UPS基本原理

2 网络机房对UPS的基本需求

2.1 可靠性

随着信息技术的发展，为有效提升生产力，扩大网络机房规模，逐步增加机房内的设备量。为提升UPS的可靠性能，采用冗余技术和可插拔模块化设计技术减少单路线故障问题。倾向于选择性能较好和适合机房特点的设备，增加设备的同时考虑网络机房的楼板支撑能力。日常运维注重智能化、自动化以及可视化，方便工作人员的运维管理，避免故障扩大[3]。

2.2 扩展性

可扩展问题是信息时代背景下网络机房与UPS构建的重点。随着我国信息科技的发展，设备更新换代较快，机房设备设施需及时更换或补充，以满足企业的日常业务运营需求。根据“十四五规划”要求，加快传统行业转型，当前数据中心的业务量正以每年20%的增速发展，使得机房内各类设备的功率不断增加。因此，应用UPS要考虑3个方面：一是新旧UPS是否能够有效兼容；二是新扩容的UPS是否能够与现场环境相匹配；三是要避免在扩容和升级的过程中出现业务中断等情况[4]。

2.3 适应性

UPS有后备式、线交互式、在线双转换式以及Delta变换式等诸多结构。技术人员设置时要考虑既有设备使用情况、机房周围环境以及所服务的业务性质问题。以大型数据中心和地方传媒产业常用的融媒体中心的网络机房设置为例，设备功率较大，因此在选择UPS结构时优先考虑具有大功率承载适应性的在线双转换模式。它具有输入和输出性较好、效率较高以及手动开关作为维修电路的结构等优势，有利于提高系统的适应性。

3 在网络机房中应用UPS的途径

3.1 DCD模块分析

数据通信装置（Data Communication Device，DCD）为UPS中的直流配电模块，是保障系统整体安全稳定性的关键。首先，整流器的输出端将直流电接到蓄电池和负载模块中，秉承重点负载分路、电池熔断保护器以及次一级负载分路共同分配的原则。应用较为普遍的直接比特流数字装置为空气开关、熔断保护器以及混合保护型开关，可依照网络机房的实际需求合理选择[5]。

3.2 低压脱离模块

UPS完成持续供电的原理是其具有不需要维护性质的蓄电池作为存储支撑，设置低压脱离模块有效保护电池，保证电池电源安全输出，实现负载的运行。例如，网络机房内的设备在运行或通信时常会受到各类客观因素的影响，导致出现停电等情况，无法满足长时间的稳定输出。因此，通过设置低压脱离模块保证系统的长期安全运行，减少电池长时间放电对自身寿命造成的损害。通过低电压指令（Low Voltage Directive，LVD）实现低压脱离模块的建立，当由于人为因素或客观因素造成电池电压不稳定时，依照提前设置好的程序开始启动低压脱离系统，保证电池运行的可靠性。此外，低压脱离保护、重新装载以及负载电压均可以依照网络机房的实际需求自主设计，具有较强的可操作性[6]。

3.3 ACD交流配电

自动呼叫分配设备（Automatic Call Distributor，ACD）是指分配设备，也称为排队机，能够依照机房中的呼叫中心前台接入系统逻辑功能自动呼叫分配。网络机房中常用的ACD模块多为三相五线交流模式。我国许多大型和重点网络机房中使用UPS为ACD模块系统提供输入电压。ACD能够应用于短路保护、部分线路过载保护、整流器短路以及过载保护系统中，起到独立控制不同整流器输入的作用。

3.4 模块化整流

UPS相比传统的通信电源系统具有持续性、稳定性以及运行处理效率高的特点，能够使网络机房中的网管电源系统更完整且功率密度更大。将UPS整流模块与滤波系统相结合，电压更稳定，实现了电池与负载的安全运行。利用模块化方式设计整流器，完成热插拔行为自动运行，可减少人为因素对电源系统可靠性造成的干扰[7]。

应用高频开关技术大幅提高了电源的使用效率，有效增加了电源输入区间，通过先进的冷却技术使系统能够在热环境下有序运行，但温度尽量不高于75 ℃。由于USP的应用原理及其优势，使得UPS在网络机房中应用广泛。智能化监测系统的引入，结合有源功率因数校正技术、谐振变频技术以及高频谐振变频技术，有效提高机房内设备运行的安全稳定性。

4 优化网络机房中USP有效对策

4.1 故障问题处理

应用USP难免会出现故障问题。依照实际的工作经验分析，常见故障包括电阻故障、电容故障以及控制板或驱动板故障等[8]。依照故障的产生原因和性质，将故障处理的方法总结为直接观察法和分级压缩测试法。（1）直接观察法。系统中的电阻本身是1个具有发热性质的元件，故障多半是由于热量积聚所引发，且年限过长、机房环境劣化以及环境温度过高等均会导致此类问题的出现。通过“看”“嗅”“摸”等方式感受环境温度的变化，及时排查故障。（2）分级压缩测试法。实际运维中发现，USP由于涉及的设备和线路较多，出现故障时存在特征不明显和故障范围不明等情况。通过分级压缩测试的方法，利用中分测压、中分测阻以及动静结合的方式缩小故障范围，有效处理故障[9]。

4.2 增加设备设施

基于现代化网络机房对UPS的需求，要及时做好故障问题排查，通过增加电源设备的方式优化网络机房设施。考虑客观因素对系统作业的影响，通过增加防雷模块的方式在总配电柜中增加相应的防雷性能。例如，OBO：V25-B/3+NPE等可以作为增设模块的参考型号[10]。在总控制开关上设置1组空气开关，如3P126A（梅兰日兰）等，在配电柜内部增设1组空气开关，如NSD100空气开关，与带有安全护套的汇流排相衔接，依照因地制宜的思路合理设计汇流排。综合考虑机房楼板承重能力，可以在机房内部增设2台30K的UPS分别布局，依照现代化网络机房规模不断扩大的特征，选择双转换在线结构（如图2所示），提高系统本身的可扩展性，为外部的运行系统电池柜提供支持。大型数据中心和融媒体中心均可使用此种结构的UPS。适当增设总配电柜，充分考虑用户的实际需求，可增加相应的制冷设备，合理划分供电区域。

图2 双转换在线USP结构

4.3 智能化设计

随着我国科学技术的不断发展，UPS逐步向智能化、人性化以及数字化方向发展。为提高运转效率，保证长期的供电质量，引入智能化设计思路，如物联网智能反馈系统和自动控制调节系统等，拓展网络机房的使用性能，通过相应的人机交互界面远程管理机房中的UPS，利用物联网技术将收集的信息与既定的数据内容相对比进行自我检测和自我调节，排查与切除故障。在此基础上延伸出实时监测功能，工作人员无须像以往耗费过多的精力在实地排查和隐患排除上，通过监测系统的运维情况，生成相应的工作记录并存储。出现问题时，工作人员能够及时接收到信息，调取系统存在的问题，通过状态保障和案例分析的形式提高问题的决策与化解能力。

5 结 论

基于信息时代背景，我国的网络机房建设朝着规模化和个性化方向发展。通过科学、先进、有效的技术手段，提高机房内各类设备设施的安全性和稳定性。基于UPS的特点及优势，提高UPS的设计水平，将UPS广泛应用于网络服务设备、消防安全报警等系统。