電力企業(yè)用戶數(shù)據(jù)中心規(guī)劃的新理念與技術(shù)

2013-12-20 11:13:59 電力信息化　點擊量：評論 (0)

　長期以來，電力企業(yè)用戶對數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃。一直把焦點簡單的聚集在電力電子層面，即IT設(shè)備的容量和處理能力是否滿足企業(yè)本身要求，場地和UPS電力供應(yīng)的精度和延時是否能滿足IT設(shè)備的容量要求，卻甚少真正的從系

　長期以來，電力企業(yè)用戶對數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃。一直把焦點簡單的聚集在電力電子層面，即IT設(shè)備的容量和處理能力是否滿足企業(yè)本身要求，場地和UPS電力供應(yīng)的精度和延時是否能滿足IT設(shè)備的容量要求，卻甚少真正的從系統(tǒng)全面的角度去考慮規(guī)劃建設(shè)一個高可用性數(shù)據(jù)中心需要注意的全部問題，基于以上事實，本文對數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃過程中UPS及機房冷卻系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)注意的一些重要問題進行了詳細的論述。

　　數(shù)據(jù)信息時代的來臨，使得電力企業(yè)對各種自動化及IT設(shè)備的依賴度越來越明顯，而作為電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)核心的三大系統(tǒng)：CIS(客戶信息系統(tǒng))、PMS(生產(chǎn)管理系統(tǒng))ERP應(yīng)用系統(tǒng)，更是掌握著電力企業(yè)的命脈，長期以來，電力企業(yè)用戶對數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃，一直把焦點簡單的聚集在電力電子層面，即IT設(shè)備的容量和處理能力是否滿足企業(yè)本身要求，場地和UPS電力供應(yīng)的精度和延時是否能滿足IT設(shè)備的容量要求，卻甚少真正的從系統(tǒng)全面的角度去考慮建設(shè)一個高可用性數(shù)據(jù)中心需要注意的全部問題。

　　在國外，最先把數(shù)據(jù)中心各個環(huán)節(jié)作為一個整體來研究的研究機構(gòu)，是美國可用性研究中心，作為一個專門從事IT系統(tǒng)物理設(shè)施研究、設(shè)計、咨詢的機構(gòu)，他們把自己的研究工作內(nèi)容概括為“NCPI”(Network Critical Physical Infrastructure)，NCPI包括與物理中心基礎(chǔ)物理設(shè)施的全部內(nèi)容，諸如UPS不間電源系統(tǒng)、機房空調(diào)制冷系統(tǒng)、IT機架設(shè)備內(nèi)環(huán)境、機房環(huán)境監(jiān)控、機房建設(shè)等方面，他們的很多設(shè)計理念和研究成果，其實已經(jīng)超出了傳統(tǒng)概念的機房和UPS應(yīng)具備功能的范疇，筆者就此與電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃相關(guān)的理念和新技術(shù)，稍作闡述。

1 數(shù)據(jù)中心的供電方案及UPS選擇

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，廣大企業(yè)用戶，對機房供電系統(tǒng)的要求，不應(yīng)再只局限于通過UPS提供穩(wěn)定的不間斷電力給負載，以及是否能并機冗余運行，是否能提供長時間的延時供電；而是對整個機房，甚至精確到IT設(shè)備微環(huán)境(每個機架)的供電質(zhì)量、電力傳輸中各個環(huán)節(jié)各種設(shè)備的匹配、UPS的可擴展性作出了全面的考慮。

1．1 UPS的供電模式

　　圖1是典型的傳統(tǒng)UPS并機集中供電方案。從圖1可以看出，3臺UPS通過并機方式，向后面的配電單元(PDU)及負載供電，并機冗余的方案看起來似乎可靠性很好，但是實踐證明，這種方式給數(shù)據(jù)中心供電，有兩個缺點：

(1)是空載運行的UPS投資巨大；

(2)是UPS并機的過程相當復(fù)雜，存在故障單點，即一旦并機環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，后面的負載將會全部失電，給數(shù)據(jù)中心帶來災(zāi)難性的后果。

　　事實上，隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，很多IT設(shè)備(服務(wù)器、路由、交換機)的生產(chǎn)廠商已經(jīng)意識到了這一點，所以近年來新出的IT設(shè)備，多是雙電源供電的設(shè)備。于是，傳統(tǒng)的UPS并機模式漸漸被以下的供電模式所取代，如圖2所示。

　　由圖2可以看出，對于雙電源的IT設(shè)備，兩路不同的UPS電源，直接供到IT設(shè)備的機柜上，無單點故障，大大提高了電力供應(yīng)的可靠性，而對于單電源的設(shè)備(如圖中的服務(wù)器)，則采用切換時間低于服務(wù)器斷電宕機時間的ATS(自動切換)裝置同時由兩路電源冗余供電，把故障可能性降到最低。

1．2 UPS的延時問題

　　很多企業(yè)用戶，在配置UPS的時候，往往會認為UPS的延時時間是越長越好，其實這是一個誤解。因為UPS作為應(yīng)急電源設(shè)備，其真正的作用，是保證其后面供應(yīng)的數(shù)據(jù)IT設(shè)備，能夠在市電故障時正常運行，不發(fā)生數(shù)據(jù)中斷或丟失。如果需要長時間的延時，則需要大批量的電池作后備，而大批量的后備電池，同樣需要長時間的充電，并占用大量的場地空間，無論是從經(jīng)濟角度還是環(huán)保角度去考慮，都是不科學(xué)的，數(shù)據(jù)中心合理的電池方案配置，應(yīng)該以0．5—1h的延時時間為宜，停電后，在15—30 min內(nèi)，啟動企業(yè)的應(yīng)急發(fā)電機，由發(fā)電機通過UPS對數(shù)據(jù)中心的負載進行供電，這才是正確的做法。

1．3 UPS可擴展性問題

　　數(shù)據(jù)中心的管理者，在規(guī)劃建設(shè)一個數(shù)據(jù)中心時，初衷都是希望數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃，是合理且具備高可拓性的。然而，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求高速發(fā)展的今天，3～5年數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備功率增加，往往是很難預(yù)測的。IT設(shè)備和機柜的標準化，解決了IT設(shè)備占用場地空間可拓展性和可預(yù)測性的問題，但是UPS擴容所需的空間和可拓展性問題，又有沒有辦法解決呢?答案是肯定的。事實上，幾年前已經(jīng)有國外廠商研制出了外形跟標準IT設(shè)備機柜大小一樣的UPS，同時把UPS的功率容量像陣列式IT磁盤機一樣，采用分割模塊式設(shè)計。這樣一來，UPS就可以像IT機柜一樣布置在數(shù)據(jù)中心之內(nèi)，而功率模塊的可分拆，使得UPS在維修或擴容時，僅需更換或者添加相應(yīng)的模塊即可，既縮減了UPS的維修時間，同時也使得在UPS在擴容時不再需要占用新的場地空間，完美實現(xiàn)了UPS電源可拓展性。

2 數(shù)據(jù)中心的冷卻

2．1 電力數(shù)據(jù)機房對散熱的要求

　　傳統(tǒng)的企業(yè)機房，一般采用機房專用精密空調(diào)、架空地板由下往上送風的方式，對機房內(nèi)的設(shè)備進行散熱冷卻。事實上，由于精密空調(diào)的價格昂貴，很多電力企業(yè)的老機房甚至是用普通空調(diào)來代替機房專用空調(diào)，對機房設(shè)備作散熱的。咋看也沒有什么不妥，機房的溫度好像也滿足要求，設(shè)備也運行得很好。事實上在早期的電力機房的所有設(shè)備中，遠動設(shè)備份額最大，同時機房內(nèi)單位屏柜(機架)的IT設(shè)備比較少。一般來說，每個屏柜上的負載功率不會超過2 kw，每個機房的屏柜也不會超過10個。在這種情況下，用普通空調(diào)對機房散熱當然影響不大。但是隨著電力信息技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)的數(shù)據(jù)機房越來越大，數(shù)據(jù)機房里面的設(shè)備越來越多，以一個省級的電網(wǎng)企業(yè)為例，用于綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上的IT設(shè)備硬件，已經(jīng)取代以往的遠動設(shè)備，成為了數(shù)據(jù)中心功率負載的核心主力，而隨著IT設(shè)備硬件技術(shù)的發(fā)展，單臺功率高于4 kW的陣列式服務(wù)器、交換機和其他通信設(shè)備，已經(jīng)屢見不鮮。這樣一來，單臺數(shù)據(jù)機柜的功率往往可以達到6~20 kw，在這種情況下，別說用普通空調(diào)，就是用傳統(tǒng)的精密空調(diào)下送風方式，來對數(shù)據(jù)中心里面的重要IT設(shè)備進行冷卻，都是有巨大風險的。高功率密度的IT設(shè)備，往往承載的都是一個企業(yè)電力最核心和重要的數(shù)據(jù)，一旦因為設(shè)備過熱，造成宕機的情況出現(xiàn)，對企業(yè)的打擊可以說致命的。

2．2機房冷卻應(yīng)注意的問題

所以，在數(shù)據(jù)中心的冷卻問題上。必須注意到以下數(shù)點：

(1)出于提高IT設(shè)備及機柜本身的通風散熱能力的目的考慮，必須放棄以往的玻璃門閉合機柜，采用帶大面積散熱孔或是全開放式的機柜來承載IT設(shè)備。

(2)機房的環(huán)境溫度足夠低，并不等同于單個機柜內(nèi)的設(shè)備環(huán)境很低，只要設(shè)備所處的IT微環(huán)境溫在度存在熱點，IT設(shè)備就有宕機的風險存在，用家用的舒適性空調(diào)，代替機房專用空調(diào)使用，是一種錯誤的做法。

(3)由于服務(wù)器、交換機等主要IT設(shè)備的自身冷卻，都是采用前進風、后出風的方式來冷卻的。同時熱的空氣由于密度小，總是會漂浮于冷空氣的上方，所以在機房冷卻系統(tǒng)設(shè)計時，必須遵循以下原則：

　　不同一排的IT機柜，必須采用面對面、背靠背的方式擺放，因為機柜內(nèi)的設(shè)備總是前進冷風，后出熱風，如果不同排的IT機柜采用同一朝向的方式擺放，前面一排的機柜設(shè)備排出的熱風，將會被后面一排的機柜吸入，大大影響了后排機柜的散熱效果。

　　機房專用空調(diào)的設(shè)計。應(yīng)采用下送風(前送風)、上回風(后回風)的方式，對機房設(shè)備進行冷卻散熱，只有這樣，才能做到真正的節(jié)能和高效。典型的機房系統(tǒng)活動地板冷卻送風圖如圖4所示(摘自APC公司公開網(wǎng)站)。

(4)當單個機柜的功率負載大于10 kW時，按照傳統(tǒng)的機房精密空調(diào)，通過架空地板下送風的方式對數(shù)據(jù)機房進行整體供冷的方式散熱，可能已相當吃力，這時可以考慮采用單獨的機房專用空調(diào)，有針對性地對某些重要設(shè)備單獨或分區(qū)供冷，以保證IT設(shè)備的正常運行。

3 結(jié)束語

　　作為數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施核心的UPS及空調(diào)冷卻系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)中心的其他環(huán)節(jié)構(gòu)成了一個復(fù)雜的系統(tǒng)，只有把數(shù)據(jù)中心的各個環(huán)節(jié)綜合起來考慮，才可以打造一個安全、可靠、節(jié)能、高效的企業(yè)數(shù)據(jù)中心，使得企業(yè)真正做到安枕無憂。