數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電模式2N、DR和RR對比分析-2020

1、A 級機(jī)房供配電模式 2N、DR和RR對比介紹目錄1.概述 31.1 數(shù)據(jù)中心的分類和標(biāo)準(zhǔn) 31.2 A 級數(shù)據(jù)中心供配電措施 31.2.1 A 級數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng) 41.3 三種供配電方式： 2N、DR 、RR 51.3.1 2N 配置 51.3.2 DR 配置 61.3.3 RR 配置 61.4 三種供配電方式可行性分析 71.5 三種供配電方式建設(shè)成本、運(yùn)行成本對比分析 91.6 三種供配電方式系統(tǒng)架構(gòu)、物理隔離、運(yùn)維難度分析 92 結(jié)論 101.概述供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的核心組成部分，是保障 IT 設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)條 件，是機(jī)房規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維的重點組成部分，具有專業(yè)性強(qiáng)、組成系統(tǒng)

2、較多、 較復(fù)雜的特點， 在機(jī)房建設(shè)時應(yīng)高度重視， 確保滿足規(guī)范要求， 在運(yùn)行過程中應(yīng) 加強(qiáng)配電系統(tǒng)的管理工作，重視日常監(jiān)測和應(yīng)急演練，確保能安全穩(wěn)定運(yùn)行。1.1 數(shù)據(jù)中心的分類和標(biāo)準(zhǔn)在不同的場所、機(jī)構(gòu)根據(jù)其性質(zhì)、 重要性以及網(wǎng)絡(luò)中斷后造成的損失和社會 影響將數(shù)據(jù)中心分成三個等級，即 A、B、 C 級，分別為容錯型、冗余型、基本 型。這三個等級根據(jù)不同的機(jī)房級別、分級依據(jù)，提出不同級別的配電要求。 A 級機(jī)房主要是系統(tǒng)一旦中斷會造成重大的社會影響、 嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失， 導(dǎo)致公共 場所秩序嚴(yán)重混亂等，一般為國家級信息服務(wù)機(jī)構(gòu)，如信息中心、大城市機(jī)場、 銀行總行、電臺電視臺、 應(yīng)急指揮中心等。 此類非

3、常重要的信息中心達(dá)到的配電 要求必須是不因配電設(shè)備故障、 維護(hù)和檢修等原因?qū)е缕潆娮有畔⑾到y(tǒng)中斷， 達(dá) 到容錯標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)為：高壓兩路主供電源互為備用電源， 每路電源還應(yīng)配備一套 備用電源； 在主機(jī)房配電方面必須采用專用的供電回路或?qū)Ｓ秒娏ψ儔浩鳎?信息 設(shè)備采用專用的 UPS 雙路供電，互為冗余； 末端負(fù)載必須為雙電源供電。 B 級 機(jī)房主要是系統(tǒng)中斷后會造成較大的損失， 會使公共場所的秩序混亂等， 一般為 省部級信息服務(wù)機(jī)構(gòu)或辦公單位， 如國際會議中心、 高等院校、 三級醫(yī)院以及交 通指揮中心等。此類信息中心的機(jī)房應(yīng)達(dá)到的配電標(biāo)準(zhǔn)為不因配電設(shè)備故障而導(dǎo) 致電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷， 達(dá)到冗余標(biāo)

4、準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)為：高壓兩路主供配電互為備用， 具備一套備用電源；在主機(jī)房配電方面，采用專用供電回路或?qū)Ｓ秒娏ψ儔浩鳎?信息設(shè)備供電必須為專用 UPS 雙路供電，互為冗余；末端負(fù)載必須為雙電源供 電。 C 級機(jī)房主要適用的是除 A、B 級以外的地方，其配電原則是不用容錯、 冗余措施，在配電設(shè)備正常的情況下保證電子信息系統(tǒng)不中斷。1.2 A 級數(shù)據(jù)中心供配電措施A 級數(shù)據(jù)中心必須具備較高的可靠性，因此，計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備、電力系統(tǒng) 也都應(yīng)同時達(dá)到容錯級，從而實現(xiàn)整體的高可靠性，達(dá)到 99.995% 的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù) 據(jù)中心機(jī)房的供配電系統(tǒng)應(yīng)同時存在兩套獨立全容量變壓器、發(fā)電機(jī)、 UPS 供 電。本文結(jié)合日常數(shù)據(jù)

5、中心設(shè)計和運(yùn)維情況，根據(jù) GB 50174-2017 數(shù)據(jù)中心 設(shè)計規(guī)范、 TIA-942 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers 和 UpTime 中對數(shù)據(jù)中心的相關(guān)規(guī)定。 A 級數(shù)據(jù)中心應(yīng)滿足容錯要求， 可以采用 2N 系統(tǒng)，也可以采用其他避免單點故障的系統(tǒng)配置。1.2.1 A 級數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)A 級數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：(1) 應(yīng)由雙路電源供電，并應(yīng)配置 10kV 或 0.4kV 備用電源；備用電源可 采用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，也可采用供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專用饋電線路。(2) 低壓配變電系統(tǒng)宜

6、采用 M (1+1 )冗余(M=1、2、3),系統(tǒng)主接 線應(yīng)采用單母線分段，并應(yīng)設(shè)分段開關(guān)。(3) 低壓配變電系統(tǒng)依據(jù)其工作特點可采用 DR、 RR 系統(tǒng)配置。2N配置就是有2組UPS互為備份，當(dāng)1組UPS出現(xiàn)故障，另一組UPS 仍然能保證 IT 設(shè)備的正常運(yùn)行。 DR配置即有3組低壓配變電系統(tǒng)互為備份，當(dāng)其中 1組系統(tǒng)出現(xiàn)故障， 利用剩余 2 組系統(tǒng)供電，保證后級設(shè)備的正常運(yùn)行。 RR配置即有1組低壓配變電系統(tǒng)為其他幾組系統(tǒng)冗余備份，當(dāng)其中1組系統(tǒng)出現(xiàn)故障，利用備份系統(tǒng)供電，保證后級設(shè)備的正常運(yùn)行。(4) 不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)按2N或M (N+1 )冗余(M=2、3、4)配置， 當(dāng)滿足下列要求時

7、，可采用不間斷電源和市電電源相結(jié)合的配置方式。(5) 不間斷電源系統(tǒng)電池備用時間應(yīng)不小于 1 5min 。 不間斷電源系統(tǒng)需保證市電失電、發(fā)電機(jī)組正常供電之前的系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。后備時間主要包括兩路市電停電、 發(fā)電機(jī)組延時啟動、 發(fā)電機(jī)組啟動成功及并機(jī)完成時間、市電與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換時間。(6 )機(jī)房設(shè)備用空調(diào)系統(tǒng)配電應(yīng)由雙路電源供電，冷凍水循環(huán)泵及末端空調(diào)宜采用不間斷電源供電。(7 )容錯配置的配變電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)等，應(yīng)分別布置在不同的物 理隔間內(nèi)。1.3 三種供配電方式：2N、DR、RR1.3.1 2N 配置1、機(jī)房等級2N配置，滿足GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范中 A級機(jī)房要求

8、；滿 足UPTIME中T4等級機(jī)房要求；滿足TIA942中T4等級機(jī)房要求。2、配置特點UPS變壓器2N供配電系統(tǒng)架構(gòu)2N配置系統(tǒng)示意圖2N配置就是有2組UPS互為備份，當(dāng)1組UPS出現(xiàn)故障，另一組UPS 仍然能保證IT設(shè)備的正常運(yùn)行。2N配置，設(shè)備占用空間多，日常運(yùn)行效率低，初始投資多，操作維護(hù)簡單優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)1.3.2 DR 配置1、機(jī)房等級DR配置，滿足UPTIME中T4等級機(jī)房要求。GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范和TIA942未提及這種配置。2、配置特點市電電添備川電躁市電電靄11111iflkvK4i1 1!1t ILOkV ATSQkV ATS10kV ATS

9、)4I俎£器J-論-;藜濤1_L1丄UPSLTSUPSffi 2 UK供配電系統(tǒng)賀構(gòu)越喚軌DR配置系統(tǒng)示意圖DR配置就是有幾組UPS互為備份，當(dāng)其中1組UPS出現(xiàn)故障，利用剩余 的UPS供電，保證IT設(shè)備的正常運(yùn)行。DR配置，設(shè)備占用空間少，日常運(yùn)行效率較高，初始投資少，操作維護(hù)較 復(fù)雜，電纜路徑的物理隔離較困難。優(yōu)點是運(yùn)行效率高，節(jié)約投資。1.3.3 RR 配置1、機(jī)房等級RR配置，滿足UPTIME中T4等級機(jī)房要求。GB50174-2017數(shù)據(jù)中2、配置特點'r.U UM10kV ATSLIT孤栽ITuiIT煲載d t魁3 RK供配電系統(tǒng)燙構(gòu)RR配置系統(tǒng)示意圖RR配置就是

10、有1組UPS為其他幾組UPS冗余備份，當(dāng)其中1組UPS出 現(xiàn)故障，利用備份UPS供電，保證IT設(shè)備的正常運(yùn)行。RR配置，設(shè)備占用空間較多，日常運(yùn)行效率較高，初始投資較多，操作維 護(hù)復(fù)雜，需要大量的STS。優(yōu)點是投資較少，效率較高。1.4 三種供配電方式可行性分析供配電系統(tǒng)可用性的定義是指在規(guī)定時間（一年或設(shè)計壽命）內(nèi)系統(tǒng)可以正常使用的時間與總時間之比，可用性計算公式為：式中：MTBFMean Time Between Failure，表示系統(tǒng)平均無故障時間；MTTRMean Time to Repair，表示平均維修時間。對于單臺設(shè)備或者單個環(huán)節(jié)的可用性同樣可以用A（t）來表示。實際中，每個配

11、電系統(tǒng)均有所不同，對整個供配電系統(tǒng)進(jìn)行整體分析十分困難，且難以進(jìn)行歸類分析。因此，研究人員常常采用將供配電系統(tǒng)進(jìn)行分解，然 后根據(jù)系統(tǒng)組成將其分解為一個個的模塊或設(shè)備，再在已知模塊或設(shè)備可用性的 基礎(chǔ)上進(jìn)行供配電系統(tǒng)可用性計算。(cl)串聯(lián)型(a) Srrie*s ly|w(b)并聯(lián)型(b) Parallel lyjK*根據(jù)供配電系統(tǒng)的特點，可以將數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)分解為由串聯(lián)型或并聯(lián)型模塊組成的系統(tǒng)。串聯(lián)型和并聯(lián)型模塊示意圖如圖所示，圖（a）表示串聯(lián)型模塊，該模塊的可用性為：A (t) = AO X A1 X A2 ;圖(b )為并聯(lián)型模塊,該模塊的可用性為：A (t) = AO X A3

12、+ (1 - A3 )X A4配電系統(tǒng)分解類型供配電系統(tǒng)模塊可用性:設(shè)備或系統(tǒng)名稱可用性備注市電0.999 703 200 000 000 0中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2015年全 國電力可靠性指標(biāo)（EB/OL ）柴油發(fā)電機(jī)0.999 928 361 900 000 0變壓器0.999 972 603 490 315 0ATS0.999 943 780 430 000 0STS0.999 973 800 000 000 0帶靜態(tài)旁路的UPS0.999 942 844 720 000 0高壓斷路器0.999 999 894 406 404 0低壓短路器0.999 999 856 000 000 0配電

13、柜0.999 978 000 000 000 01、可用性對比分別對2N、DR、RR三種架構(gòu)的可用度進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下:系統(tǒng)名稱可用度2N系統(tǒng)0.99999DR系統(tǒng)0.99997RR系統(tǒng)0.99994從可用度數(shù)值來看，2N、DR、RR三種架構(gòu)的可用性大致相同，2N系統(tǒng)可 用性最咼。1.5 三種供配電方式建設(shè)成本、運(yùn)行成本對比分析建設(shè)成本、運(yùn)行成本（電費(fèi)）對比分析如下（假設(shè) 2N系統(tǒng)為100）:系統(tǒng)名稱建設(shè)成本運(yùn)行成本（電費(fèi)）2N系統(tǒng)100100DR系統(tǒng)91.499.1RR系統(tǒng)91.9106.5建設(shè)成本2N系統(tǒng)最高，DR系統(tǒng)比2N系統(tǒng)低8.6% , RR系統(tǒng)比2N系統(tǒng) 低8.1%。運(yùn)行成本RR系統(tǒng)最高，DR系統(tǒng)最低。1.6 三種供配電方式系統(tǒng)架構(gòu)、物理隔離、運(yùn)維難度分析系統(tǒng)名稱系統(tǒng)架構(gòu)實現(xiàn)物理隔離運(yùn)維難度2N系統(tǒng)簡單容易低DR系統(tǒng)適中很難適