電力企業用戶數據中心規劃的新理念與技術

2013-12-20 11:13:59 電力信息化　點擊量：評論 (0)

　長期以來，電力企業用戶對數據中心的規劃。一直把焦點簡單的聚集在電力電子層面，即IT設備的容量和處理能力是否滿足企業本身要求，場地和UPS電力供應的精度和延時是否能滿足IT設備的容量要求，卻甚少真正的從系

　長期以來，電力企業用戶對數據中心的規劃。一直把焦點簡單的聚集在電力電子層面，即IT設備的容量和處理能力是否滿足企業本身要求，場地和UPS電力供應的精度和延時是否能滿足IT設備的容量要求，卻甚少真正的從系統全面的角度去考慮規劃建設一個高可用性數據中心需要注意的全部問題，基于以上事實，本文對數據中心的規劃過程中UPS及機房冷卻系統技術應注意的一些重要問題進行了詳細的論述。

　　數據信息時代的來臨，使得電力企業對各種自動化及IT設備的依賴度越來越明顯，而作為電力系統數據核心的三大系統：CIS(客戶信息系統)、PMS(生產管理系統)ERP應用系統，更是掌握著電力企業的命脈，長期以來，電力企業用戶對數據中心的規劃，一直把焦點簡單的聚集在電力電子層面，即IT設備的容量和處理能力是否滿足企業本身要求，場地和UPS電力供應的精度和延時是否能滿足IT設備的容量要求，卻甚少真正的從系統全面的角度去考慮建設一個高可用性數據中心需要注意的全部問題。

　　在國外，最先把數據中心各個環節作為一個整體來研究的研究機構，是美國可用性研究中心，作為一個專門從事IT系統物理設施研究、設計、咨詢的機構，他們把自己的研究工作內容概括為“NCPI”(Network Critical Physical Infrastructure)，NCPI包括與物理中心基礎物理設施的全部內容，諸如UPS不間電源系統、機房空調制冷系統、IT機架設備內環境、機房環境監控、機房建設等方面，他們的很多設計理念和研究成果，其實已經超出了傳統概念的機房和UPS應具備功能的范疇，筆者就此與電力企業數據中心建設規劃相關的理念和新技術，稍作闡述。

1 數據中心的供電方案及UPS選擇

　　隨著科學技術的發展，廣大企業用戶，對機房供電系統的要求，不應再只局限于通過UPS提供穩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設備微環境(每個機架)的供電質量、電力傳輸中各個環節各種設備的匹配、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，這種方式給數據中心供電，有兩個缺點：

(1)是空載運行的UPS投資巨大；

(2)是UPS并機的過程相當復雜，存在故障單點，即一旦并機環節出現故障，后面的負載將會全部失電，給數據中心帶來災難性的后果。

　　事實上，隨著IT技術的不斷發展，很多IT設備(服務器、路由、交換機)的生產廠商已經意識到了這一點，所以近年來新出的IT設備，多是雙電源供電的設備。于是，傳統的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設備，兩路不同的UPS電源，直接供到IT設備的機柜上，無單點故障，大大提高了電力供應的可靠性，而對于單電源的設備(如圖中的服務器)，則采用切換時間低于服務器斷電宕機時間的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作為應急電源設備，其真正的作用，是保證其后面供應的數據IT設備，能夠在市電故障時正常運行，不發生數據中斷或丟失。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，無論是從經濟角度還是環保角度去考慮，都是不科學的，數據中心合理的電池方案配置，應該以0．5—1h的延時時間為宜，停電后，在15—30 min內，啟動企業的應急發電機，由發電機通過UPS對數據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

　　數據中心的管理者，在規劃建設一個數據中心時，初衷都是希望數據中心的規劃，是合理且具備高可拓性的。然而，在數據業務需求高速發展的今天，3～5年數據中心內的設備功率增加，往往是很難預測的。IT設備和機柜的標準化，解決了IT設備占用場地空間可拓展性和可預測性的問題，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，幾年前已經有國外廠商研制出了外形跟標準IT設備機柜大小一樣的UPS，同時把UPS的功率容量像陣列式IT磁盤機一樣，采用分割模塊式設計。這樣一來，UPS就可以像IT機柜一樣布置在數據中心之內，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，完美實現了UPS電源可拓展性。

2 數據中心的冷卻

2．1 電力數據機房對散熱的要求

　　傳統的企業機房，一般采用機房專用精密空調、架空地板由下往上送風的方式，對機房內的設備進行散熱冷卻。事實上，由于精密空調的價格昂貴，很多電力企業的老機房甚至是用普通空調來代替機房專用空調，對機房設備作散熱的。咋看也沒有什么不妥，機房的溫度好像也滿足要求，設備也運行得很好。事實上在早期的電力機房的所有設備中，遠動設備份額最大，同時機房內單位屏柜(機架)的IT設備比較少。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，用普通空調對機房散熱當然影響不大。但是隨著電力信息技術的發展，企業的數據機房越來越大，數據機房里面的設備越來越多，以一個省級的電網企業為例，用于綜合數據網及調度數據網上的IT設備硬件，已經取代以往的遠動設備，成為了數據中心功率負載的核心主力，而隨著IT設備硬件技術的發展，單臺功率高于4 kW的陣列式服務器、交換機和其他通信設備，已經屢見不鮮。這樣一來，單臺數據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，就是用傳統的精密空調下送風方式，來對數據中心里面的重要IT設備進行冷卻，都是有巨大風險的。高功率密度的IT設備，往往承載的都是一個企業電力最核心和重要的數據，一旦因為設備過熱，造成宕機的情況出現，對企業的打擊可以說致命的。

2．2機房冷卻應注意的問題

所以，在數據中心的冷卻問題上。必須注意到以下數點：

(1)出于提高IT設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設備。

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

(3)由于服務器、交換機等主要IT設備的自身冷卻，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設計時，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，因為機柜內的設備總是前進冷風，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。

　　機房專用空調的設計。應采用下送風(前送風)、上回風(后回風)的方式，對機房設備進行冷卻散熱，只有這樣，才能做到真正的節能和高效。典型的機房系統活動地板冷卻送風圖如圖4所示(摘自APC公司公開網站)。

(4)當單個機柜的功率負載大于10 kW時，按照傳統的機房精密空調，通過架空地板下送風的方式對數據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，有針對性地對某些重要設備單獨或分區供冷，以保證IT設備的正常運行。

3 結束語

　　作為數據中心IT設備基礎設施核心的UPS及空調冷卻系統，與數據中心的其他環節構成了一個復雜的系統，只有把數據中心的各個環節綜合起來考慮，才可以打造一個安全、可靠、節能、高效的企業數據中心，使得企業真正做到安枕無憂。