块冗余(catcher)系统拓扑

　　这种并联的电源架构的另一个变化是块冗余系统拓扑结构，通常被称为一个catcher系统。这种方法是一种经济的方式用来提高系统的可靠性，而无需一个完整的2N系统。它依赖于静态转换开关(STS)和catcher UPS模块的即时处理突然转向，或阶跃载荷，通过从受影响的UPS到后备式UPS转移负荷的能力。然而，在大多数块冗余的部署实现方式中，在STS也是一个单点故障，虽然该UPS模块的利用率得到提高，但其仍限于70-75%的负载以确保冗余。

 

　　图3：块冗余(catcher)系统。

　　共享冗余(4N/3)系统拓扑结构

　　一个共享冗余4N/3系统拓扑与块冗余拓扑非常相似，除了负载分散在多个路径和所有的UPS负载，以防止“catcher”系统的块加载。4N/3和3N/2变化是共享冗余拓扑最常见的形式，而这些拓扑结构的利用率水平是在60-70%的范围。共享冗余系统的设计，如3N/2，是UPS最大容量(兆瓦/MW)与最大临界负荷(MW)的比率计算得出，所以UPS的最大负荷利用率将是2兆瓦(负荷)/ 3兆瓦(UPS)，这相当于67%的效率。

 

　　图4：共享冗余4N/3系统。

　　如图4所示，这种拓扑结构还需要一个明显的电缆和配电基础设施，这增加了初始投资资本和安装成本，并使系统规模化更加困难。此外，该系统在UPS的输出的功率分布方面具有单点故障。

　　无论是块冗余和共享冗余系统，二者均能够比N+1系统提供更高的可靠性，据故障率估计其每年不到一个事件。这种性能非常适合于大多数实时交付数据和应用程序对于服务、收入甚至是企业声誉并没有直接或明显影响的企业。但这些系统的挑战在于，其最大利用率是限制为小于70-75%，而由于限制了跨电力基础设施共享负载的能力，在实际使用时，利用率通常要低得多。UPS和关键电力资产的块冗余或共享冗余系统会变得滞留和未充分利用，由于数据中心在其运行过程中，IT负载/服务器的添加删除，升级或转移，系统实际部署的关键负载会经常发生变化。

　　系统加系统(N+N)拓扑

　　系统加系统(或N+N)拓扑结构，采用了独立的和冗余的配电系统。此拓扑结构可以设计与任一系统中的N组件或每个系统中的N+1组件运行。两个独立的系统提供并发维护，而在某些设计中可以容错。

 

　　图5：系统加系统(S+S)。

　　系统加系统的拓扑结构提供了非常高的可靠性，但其也有最高的初始成本和TCO，同时结合了低资产利用率(最大设计负荷40%到45%)。估计拓扑结构在一个五年的时间段内只有一个到二个计划外中断(负载下降)。这些设计通常用于企业或设置高可用性的金融服务，每五年测量单一事件是保证服务的核心(如一个SLA托管中心)，对收入或企业运营风险和责任会产生显著的影响。

　　总结

　　数据中心行业是动态的、变化的。系统可靠性的变化需要匹配数据中心的“使命”和“关键任务”的交付。而现有UPS系统拓扑结构的演变表明，数据中心市场有一系列的系统可以提供最佳水平的高可靠性(N+N)，但其成本也非常高。其他选择包括可以降低成本但具有低得多的可靠性的系统(N或N+1系统);或能够提供一个较为折中的可靠性水平的(块或共享冗余)系统，这需要在成本，可靠性和利用率等方面进行复杂的权衡。该行业的下一个挑战将是推动这些界限的模糊，以寻找新的、能够提供冗余和适当水平的可靠性，同时降低资本支出和运营成本，并产生更低的总体拥有成本的系统解决方案。

　　关于作者

　　本文作者Brad Thrash是GE的关键电源业务部门的产品经理，其所在的部门是一支专业的团队，正在与GE公司的数据中心、通信、计算和客户团队共同努力，绞尽脑汁地满足公司不断增加的能力和永不满足的业务需求。这些来自客户的挑战帮助他们得以进一步的提高数据容量，建立更好，更智能化的数据基础设施，提高运营收益。Brad拥有机械工程学士学位，是有执照的专业工程师。他同时也是美国电气和电子工程师协会(IEEE)和美国机械工程师协会(ASME)的成员。Brad也是绿色网格组织旗下电力工作团队的成员。

　　脚注

　　[1] Uptime Institute正常运行时间协会，http://journal.uptimeinstitute.com/explaining-uptime-institutes-tier-classification-system/

　　[2] Uptime Institute正常运行时间协会《分级站点定义基础设施的性能调查》，W. Pitt Turner，2008，9页

　　[3] 美国电力研究所(EPRI)，《配电系统电能质量评估：第二阶段：电压暂降和中断分析》2003年3月，表5-12，5-25页http://www.epri.com/abstracts/Pages/ProductAbstract.aspx?ProductId=000000000001001678

　　[4]信息技术工业委员会/计算机商业设备制造商协会的曲线是电压抗扰度要求，即协助关键电源理解UPS有望解决什么技术问题。

　　责任编辑：余芯