隨著云計算、物聯網的快速發(fā)展，大數據的時代已經到來，行業(yè)應用所產生的數據呈爆炸性增長，給數據中心提出了更高的要求。而互聯網企業(yè)要求數據中心能夠快速部署，靈活擴展，模塊化數據中心應運而生。但是不論數據中心如何演進，可靠性仍然是最重要的。
維諦(Vertiv，原艾默生網絡能源)主辦的“思無界?設享V來——2018設計院專家高端論壇”日前在北京成功舉辦。在本次論壇上，維諦(Vertiv)亞太區(qū)ACPOWER產品線高級總監(jiān)彭懷東生動地為大家詮釋了何為產品級的可靠性。
彭懷東表示，中國的數據中心發(fā)展是非常迅速的，其附著的數據業(yè)務規(guī)模來看已經占到全世界的30%，總量尤其是超大數據中心規(guī)模雖然與美國有較大差距，但近5年新增建設速度保持世界第一。在數據中心快速建設過程中，基礎設施供配電系統(tǒng)設計方案的選擇出現向運營利潤傾斜的趨勢，降低“顆粒度”、“模塊化”可無限堆積、唯“高頻化”、效率唯一選擇論以及高壓直流(HVDC)和UPS同級使用等正成為熱點話題。還有一種觀點認為數據中心供電系統(tǒng)的可靠性是由架構決定的，產品的相關性已被解耦。但是，產品的可靠性是不應該被忽視的，它仍是整個系統(tǒng)是否安全可靠的基礎。
對于交/直流混合供電方案是否具備等同系統(tǒng)可靠性等級問題，彭懷東指出，目前的趨勢是將直流供電系統(tǒng)和UPS供電系統(tǒng)等同對待，但是直流供電系統(tǒng)對配電開關滅弧性能要求更高一些。對于交流供電系統(tǒng)，電流在周期內會有過零點，過零點的存在使開關斷開時產生的電弧容易滅弧。而如果是直流供電系統(tǒng)，就不存在過零點，滅弧相對困難。目前的解決方案是在直流供電系統(tǒng)中增加直流分斷開關，但是是否因此就變得和交流供電系統(tǒng)一樣安全還是值得探討的。高壓直流供電系統(tǒng)中的電源模塊和連接等環(huán)節(jié)與48V直流供電系統(tǒng)相比，并沒有做本質上的升級設計，當某一環(huán)節(jié)出現問題時，造成的影響還是很大的，所以在某一些場所將直流供電的應用限制在300kW以下。高壓直流供電系統(tǒng)和UPS供電系統(tǒng)在電氣特性上的差異是極大的，因此能否將兩者完全同級考慮還是需要探討的。
我國模塊化UPS的發(fā)展非常迅速，即把“顆粒度”降低，不再像原來一樣認為UPS供電系統(tǒng)必須由大的系統(tǒng)構成，這也是目前比較流行的一種觀點。彭懷東表示，模塊化UPS的優(yōu)勢在于用較小的冗余度獲取了負載備份，當后期需要增加負載時，可擴充的模塊結構可以滿足擴容需求，可以分階段進行建設和投資。模塊化UPS“N+1”方案取代傳統(tǒng)的“1+1”并聯冗余方案是否能確保相同的可靠性呢?彭懷東認為，模塊化UPS架構的可靠性是建立在一些假定條件上的：假定控制系統(tǒng)是解耦的;假定模塊間主電路單純向負載供電;假定模塊之間并聯只是冗余，而不會互相影響。做產品和架構設計首先需要考慮的是容錯，即出錯時應該如何應對，而模塊化UPS可以無限拓展的前提恰恰是消除了“容錯”。
彭懷東介紹說，在模塊化UPS供電系統(tǒng)中，負載供電側均流是可控的，但是沒有一個系統(tǒng)可以控制被動回灌。也就是說當系統(tǒng)中的某一個逆變器出現問題的時候，將會有N-1個模塊對這個逆變器回灌，這個難題目前還無法有效解決。逆變器并聯的第二個難點是切換，而模塊化UPS的切換器件相對于塔式UPS來說并沒有技術上的突破，而僅僅是簡單的電流降級。結果是造成了“小馬拉大車”的效果，切換環(huán)節(jié)器件過多，降低了系統(tǒng)的整體可靠性。
“如果認為模塊并聯只是簡單地增加冗余，這并不是一個專業(yè)的觀點，模塊并聯同時也是一個互相強耦合的過程。維諦(Vertiv)作為模塊化UPS的先行者，克制地認為﹤5PCS為最佳方案，﹤20PCS為推薦方案，且不建議應用于T3或T4系統(tǒng)?！迸響褨|先生表示。
目前，有一種觀點認為由于工頻機的輸出變壓器N線接市電零線，不能提供真正的電氣隔離，從可靠性等級上來看工頻機與高頻機是相同的。還有一種觀點認為工頻機內含變壓器，笨重、體積大且變換效率低，控制技術進步后，高頻機能夠提供完全相同的保護性能，工頻機已經是過時產品。對此，彭懷東表示：“工頻機的經典價值恰恰不是隔離，而是其經典低壓工作的構造帶來的超高可用性。工頻機內部有更少的器件種類和個數，更低的交直流電壓，電池直接連接在母線上，市電停電后直接給逆變器供電，無中性點的單極電路。而高頻機內部與工頻機相比半導體器件種類和個數都要更多，雙倍的交直流電壓，加升壓電路后連接逆變器的電池連接方式，帶平衡控制的雙極電路。高頻機的設計初衷是降低能耗和減小體積，其可靠性等級會逐漸趨近工頻機，而不是等同于工頻機?！本S諦(Vertiv)疊加最新數字控制的工頻機使得其“不妥協的可靠性”的特質得到進一步的詮釋，在一旦斷電將造成重大經濟損失和社會影響的重要場所，工頻機仍是最佳選擇。
在數據中心供配電系統(tǒng)方案設計過程中，選擇基礎系統(tǒng)架構后，系統(tǒng)運行的可用度水平將被確認，那么是否UPS、ATS、PDU和柴油發(fā)電機等基礎產品的選擇只會微量影響系統(tǒng)的可用性?對此，彭懷東有不同觀點，他認為在可用性計算過程中，大量級的平均恢復時間(MTTR)值的選取較隨機，不符合實際;平均故障間隔時間(MTBF)運算方法的局限無法展現真實系統(tǒng)質量水準的差異，實際系統(tǒng)運行中關注的系統(tǒng)掉電核心事故的故障率得不到關聯。數據中心運維更關注實際掉電間隔、起動時間和實際軟件系統(tǒng)的恢復時間等。因此，可用性的數值應建立在實際發(fā)生的歷史數據基礎上，而不僅僅是通過公式推演得來的。在剔除MTTR因子和不使用MTBF演算數據后，使用系統(tǒng)故障率累積數據將會更真實地反映基礎產品對系統(tǒng)實際可用性等級的影響。系統(tǒng)架構的選擇和產品級的可靠性同等重要，產品的可靠性是保障系統(tǒng)架構設計得以展現的前提。
在談到如何確保產品的可靠性時，彭懷東介紹說，維諦(Vertiv)確保產品品質首先是堅持自己制造生產，產品全球制造、全球標準是對于產品可靠性的體系化保障。從2003年起，國內工廠生產的UPS裝機容量累計已經達到23371MVA，至今仍可靠地在世界各地運行著，實踐著中國制造的口碑。維諦(Vertiv)對于研發(fā)同樣非常重視，并且產品研發(fā)是基于全球市場進行的，根據各個國家運行環(huán)境以及對于產品需求的差異，不斷改進產品性能，以便更好滿足當地需求。
彭懷東指出，可靠性是UPS設計的起點，而不是電氣性能或其他因素，不存在包治百病的良藥，不同場景的專業(yè)化設計才是解決之道，維諦(Vertiv)的全產品維度能夠實現業(yè)界最高的可靠性。工頻UPS的高可靠性和耐受沖擊能力適用于金融、交通等重要企業(yè)級數據中心;高頻塔式UPS的高性價比、高效率和節(jié)省空間適用于互聯網企業(yè)和租用型中大型級數據中心;高頻模塊化UPS的高可維護性、高效率和靈活易用適用于關注業(yè)務靈活性的中小企業(yè)級數據中心。
最后，彭懷東表示：“選擇和努力同等重要，產品可靠性是保障系統(tǒng)架構設計得以展現的前提。我們堅信用戶為‘不妥協的可靠性’和‘好用一點兒’來買單的時代已經來臨。不盲目外延生長，堅守價值交付和專業(yè)領域的維諦(Vertiv)將是設計院同仁和用戶‘同向而行’的最佳伙伴”。
關于維諦(Vertiv)
維諦(Vertiv)設計、制造關鍵基礎設備并提供相關服務，保障數據中心、通信網、商業(yè)和工業(yè)設施的核心應用的良好運行環(huán)境。維諦(Vertiv)，前身為艾默生網絡能源有限公司，為當前不斷發(fā)展的移動和云計算市場提供供配電、熱管理和基礎設施管理解決方案，旗艦產品品牌包括Chloride?、Liebert?、NetSure?和Trellis?。2016財年的銷售額達44億美元。
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