1 數(shù)據(jù)中心不間斷電源系統(tǒng)架構(gòu)及等級(jí)分類

典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)由中壓配電、變壓器、低壓配電、不間斷電源、末端配電以及發(fā)電機(jī)組等設(shè)備組成，其中UPS的主要作用是在市電電源中斷、發(fā)電機(jī)啟動(dòng)之前，確保所帶負(fù)載的持續(xù)供電。

發(fā)電機(jī)組的主要作用是市電中斷時(shí)立即啟動(dòng)為負(fù)載提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。Uptime Institute是一個(gè)國(guó)際公認(rèn)的組織，它對(duì)如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心設(shè)施進(jìn)行了規(guī)定和認(rèn)證。它根據(jù)數(shù)據(jù)中心的可用性分為四個(gè)等級(jí)：TierⅠ（基本型）、TierⅡ（部分冗余型）、Tier Ⅲ（可同時(shí)維護(hù)型）和Tier Ⅳ（故障容錯(cuò)型）。數(shù)據(jù)中心所擁有的提供持續(xù)電源和應(yīng)急電源的設(shè)備數(shù)量是決定它們屬于哪一等級(jí)的重要因素。具體分類如表1所示。

　　2 數(shù)據(jù)中心對(duì)發(fā)電機(jī)組的要求

數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率（DCC）在柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用持續(xù)增長(zhǎng)。DCC應(yīng)用作為數(shù)據(jù)處理中心（DPCs）電源的一種可替代電源，它的特性使它能滿足數(shù)據(jù)中心設(shè)施對(duì)可靠性和可用性的需求。

Uptime Institute規(guī)定應(yīng)急電源需滿足TierⅠ或TierⅡ，替代電源需滿足Tier Ⅲ或Tier Ⅳ要求。要被認(rèn)為是可替代電源，并滿足Uptime Institute Tier Ⅲ和Tier Ⅳ的要求，則該發(fā)電機(jī)組必須在主電源發(fā)生故障時(shí)能提供持續(xù)電力。這意味著發(fā)電機(jī)組容量能在要求的負(fù)荷水平下提供持續(xù)電力而不受時(shí)間限制?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面來(lái)選擇最適合

數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)組：

（1）主電網(wǎng)的可靠性、數(shù)據(jù)中心所存數(shù)據(jù)的敏感度

如果主電網(wǎng)足夠可靠，或數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)敏感性要求較低，或不嚴(yán)格要求數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可讀取性，那么數(shù)據(jù)中心設(shè)施的有效性百分比將降低，它們會(huì)被歸類為Uptime Institute Tier I或Tier II.這時(shí)會(huì)根據(jù)發(fā)電機(jī)組的備用功率來(lái)選擇發(fā)電機(jī)組作為備用電源，以減少安裝費(fèi)用。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)的選擇

作為電力供應(yīng)的動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性不言而喻；不但要考慮通用的環(huán)境因素（溫度、海拔）、啟動(dòng)冗余（雙啟動(dòng)馬達(dá)、雙啟動(dòng)蓄電池，或氣動(dòng)、彈簧啟動(dòng)）、通風(fēng)散熱、發(fā)動(dòng)機(jī)水加熱等；還要結(jié)合數(shù)據(jù)中心的要求來(lái)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)組行業(yè)主要的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商新發(fā)布了一個(gè)新的功率定義——數(shù)據(jù)中心持續(xù)功率（DCC）。

發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商用DCC定義來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不受時(shí)間和平均功率百分比限制。發(fā)電機(jī)組的連續(xù)負(fù)載能力、可靠性、突加載能力是最核心的要求。

（3）智能冗余控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的大腦，肩負(fù)著自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)、同步并聯(lián)帶載、負(fù)載分配（有功、無(wú)功功率均分）、功率管理、保護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。所以控制系統(tǒng)要做到充分可靠及冗余控制（控制冗余、通訊冗余）。

3 發(fā)電機(jī)組冗余控制及案例分析

冗余控制器是一種熱備份的應(yīng)用，防止系統(tǒng)崩潰導(dǎo)致機(jī)組不能正常運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)用主控制器出現(xiàn)故障時(shí)備份控制器可以無(wú)縫接替主用控制器的當(dāng)前工作狀態(tài)，確保系統(tǒng)高可靠運(yùn)行。

冗余控制的重點(diǎn)在輸出信號(hào)、輸入信號(hào)以及參數(shù)設(shè)定；冗余系統(tǒng)中的主、備用控制器通過(guò)CAN總線通訊；備用控制器通過(guò)CAN總線周期性的向主用控制器發(fā)送信息，以評(píng)估主用控制器的狀態(tài)。當(dāng)主用控制器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，備用控制器會(huì)通過(guò)二進(jìn)制輸出點(diǎn)來(lái)控制外接繼電器，瞬間將主用控制器的輸出信號(hào)切換到備用控制器的輸出口上，主用控制器故障到備用控制器投入時(shí)間最多200ms.

圖1是冗余系統(tǒng)中主、備控制器間的接線舉例，當(dāng)備用控制器通過(guò)CAN總線接收不到主控制器的應(yīng)答信號(hào)，BO輸出，控制K-FD繼電器動(dòng)作，觸發(fā)“應(yīng)急手動(dòng)”輸入口狀態(tài)切換，實(shí)現(xiàn)主用、備用控制器之間的轉(zhuǎn)換。

圖2所示是某數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)組冗余控制的典型系統(tǒng)框圖，主、備控制器（HGM8151發(fā)電機(jī)組并聯(lián)控制器）通過(guò)CAN總線交互信息。信號(hào)部分需要獨(dú)立接線的有：開(kāi)關(guān)量輸入、繼電器輸出、交流電壓、交流電流、轉(zhuǎn)速傳感器。需要通過(guò)切換的I/O信號(hào)有：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（GOV）控制信號(hào)輸出、電壓調(diào)節(jié)（AVR）控制信號(hào)輸出、模擬量輸入等。鑒于模擬量信號(hào)是兩個(gè)控制器間切換監(jiān)控的，所以模擬量信號(hào)的保護(hù)需要在主、備控制器中設(shè)置保護(hù)時(shí)間延時(shí)。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)越敏感，就越需要可靠的電力設(shè)施為設(shè)備提供持續(xù)電力。由于發(fā)電機(jī)組是構(gòu)成這類設(shè)施的一個(gè)基礎(chǔ)部分，所以在選擇數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)組時(shí)要依據(jù)Uptime Institute制定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇，依據(jù)備用功率來(lái)設(shè)計(jì)容量大小時(shí)，需滿足Tier I和Tier II要求；滿足Tier III和Tier IV的要求，發(fā)電機(jī)組則必須依據(jù)它的DCC功率來(lái)選擇容量。同時(shí)發(fā)電機(jī)組智能控制系統(tǒng)需具有熱備份、冗余控制功能，確保供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。