王棟 張?jiān)讫?馬斌 西北機(jī)電工程研究所

引言

數(shù)據(jù)中心面臨的環(huán)境因素威脅有多種，如雷電、暴雨、停電、失火等。在這些威脅中電力中斷是最經(jīng)常遇到的也是威脅最大的，因?yàn)榉?wù)器、存儲(chǔ)等設(shè)備的意外斷電極可能引起數(shù)據(jù)的丟失，進(jìn)而影響系統(tǒng)的可用性，導(dǎo)致服務(wù)的中斷。因此對(duì)停電問題的處理需要引起重視，若處理不當(dāng)，會(huì)造成系統(tǒng)損壞，業(yè)務(wù)中斷等嚴(yán)重后果。

一、傳統(tǒng)停電應(yīng)對(duì)方法

目前服務(wù)器機(jī)房和企業(yè)數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)停電方式主要為提前預(yù)知關(guān)停設(shè)備、UPS 供電系統(tǒng)、固定發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、移動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。其中提前預(yù)知關(guān)停設(shè)備是在確切得知停電的時(shí)間后可采取的操作，無法對(duì)未知的突如其來的停電進(jìn)行應(yīng)對(duì)，而后三種方式可在停電時(shí)不用立刻對(duì)設(shè)備進(jìn)行關(guān)機(jī)。因而目前絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心機(jī)房采用后三種方式。

UPS 供電系統(tǒng)即為不間斷電源系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上看由控制電路和變壓穩(wěn)壓裝置以及電池組組成，數(shù)據(jù)中心停電時(shí)可立即供電一段時(shí)間（時(shí)間長短與電池多少、負(fù)載相關(guān)），在這段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)管理人員可對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存退出，服務(wù)器等設(shè)備的正常關(guān)機(jī)。避免了基礎(chǔ)硬件因停電而造成的物理損壞。

移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)針對(duì)的是小型機(jī)房，由于移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)主要為租借形式，其使用費(fèi)用低，且免除了平時(shí)的維護(hù)，可在一段時(shí)間內(nèi)為小型的數(shù)據(jù)中心機(jī)房供電。由于中大型數(shù)據(jù)機(jī)房使用的UPS，精密空調(diào)，監(jiān)控設(shè)備等耗電量巨大，不適合移動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)為其供電。

固定發(fā)電機(jī)系統(tǒng)使用范圍廣泛，以柴油發(fā)電機(jī)組為代表的供電系統(tǒng)因其動(dòng)力強(qiáng)筋、發(fā)電載荷能力大，可以滿足各類型機(jī)房設(shè)備的供電需求，此外對(duì)于一些大型機(jī)房的精密空調(diào)、監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)都可以滿足其耗電需求。但固定發(fā)電機(jī)系統(tǒng)使用維護(hù)成本高，除了發(fā)電時(shí)的燃料耗費(fèi)以外，還需要對(duì)其的機(jī)油、機(jī)濾定期更換，在一定的使用年限后需要對(duì)其防凍液、空氣濾芯、啟動(dòng)電瓶、噴油嘴等設(shè)備進(jìn)行更換。由于固定發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其故障出現(xiàn)時(shí)的排查工作較前面介紹的系統(tǒng)而言較為復(fù)雜，故障維修費(fèi)用高。對(duì)于長時(shí)間停電情況，若為單一柴電系統(tǒng)，則在燃油使用完前必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作，因安全原因無法在不影響供電的情況下添加燃油。雙路柴電系統(tǒng)因其成本極大，除了部分大企業(yè)外，對(duì)于小企業(yè)一般很少采用雙路柴電作為后備。

二、綜合備用供電方案

針對(duì)長時(shí)間機(jī)房停電的后備供電傳統(tǒng)措施都有其缺點(diǎn)，無法滿足長時(shí)間停電機(jī)房設(shè)備繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需求，現(xiàn)提出一種綜合保障方案，可以保障長時(shí)間停電情況下數(shù)據(jù)中心設(shè)備和服務(wù)繼續(xù)正常的運(yùn)行，從而讓停電帶來的損失最小化。該方案如下圖所示：

如上圖所示市電經(jīng)UPS 供電給數(shù)據(jù)中心，同時(shí)市電有一路接于柴油機(jī)電源控制器上。當(dāng)未生停電時(shí)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房由市電經(jīng)UPS對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行供電，UPS 同時(shí)起到穩(wěn)壓控制和電池組充電的作用。當(dāng)停電發(fā)生時(shí)控制器給柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)開始工作發(fā)電為電池組供電，UPS 此時(shí)切換至電池組為數(shù)據(jù)中心供電。當(dāng)長時(shí)間停電發(fā)生時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)需要停止進(jìn)行加油即可停機(jī)加油，因?yàn)榇藭r(shí)電池組經(jīng)UPS 為數(shù)據(jù)中心供電，預(yù)留時(shí)間長短可根據(jù)電池組容量進(jìn)行調(diào)整，一般情況下只需要預(yù)留30 分鐘即可完成加油操作并啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。

此綜合備用電方案一方面解決了只使用UPS 備用電源負(fù)載能力少，供電時(shí)間短的問題，同時(shí)，也解決了固定柴油發(fā)電機(jī)遇長時(shí)間發(fā)電工作時(shí)中途停機(jī)加油斷電問題。另一方面，對(duì)于中小企業(yè)無法負(fù)擔(dān)雙路柴電的成本問題提供了新的方案。

圖1 綜合備用供電方案示意圖

三、延長備電時(shí)長措施

為了盡可能的延長備用電源的使用時(shí)長，可通過一定的措施來降低數(shù)據(jù)中心的能耗。在柴油發(fā)電機(jī)一定的功率下，若要使其節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)可將數(shù)據(jù)中心非關(guān)鍵應(yīng)用所在設(shè)備關(guān)機(jī)，降低備用供電系統(tǒng)的負(fù)載，從而降低整個(gè)數(shù)據(jù)中心的功耗，延長同等燃油條件下柴油機(jī)的工作時(shí)長。在關(guān)停設(shè)備前要嚴(yán)格按照應(yīng)用系統(tǒng)的要求進(jìn)行關(guān)機(jī)。若存在服務(wù)器虛擬化，可將物理服務(wù)器之上的所有虛擬化主機(jī)快照或掛起，然后才可以對(duì)其宿主物理機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。若存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)，需要先將數(shù)據(jù)庫進(jìn)行全庫備份，再進(jìn)行關(guān)機(jī)。這樣的操作時(shí)為了盡可能的保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和設(shè)備的安全性。對(duì)于精密空調(diào)，可以在允許的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)低風(fēng)量提高溫度來降低能耗。對(duì)于監(jiān)控設(shè)備可以關(guān)閉部分監(jiān)控或降低錄像的分辨率從而減少用電量。

四、總結(jié)

企業(yè)數(shù)據(jù)中心的供電是保障信息化設(shè)備正常工作的重要條件，為了應(yīng)對(duì)因意外和不可抗拒自然環(huán)境所造成的停電需要選取適合自身企業(yè)的后備電源方案。本文給出了企業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)對(duì)停電的綜合備電方案，不僅對(duì)短時(shí)間停電可用，對(duì)于長時(shí)間停電也可做到關(guān)鍵設(shè)備不斷電，核心業(yè)務(wù)不停機(jī)。為企業(yè)低成本應(yīng)對(duì)停電而采取的后備電源系統(tǒng)探索了一套可行方案。