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文章詳情

UPS電源對系統可用性的影響
發布時間:2012.11.08  新聞來源:東莞市鴻馭電源有限公司     [ 返回 ] [ 打印 ]

簡介

本文旨在介紹供電中斷對于交流供電系統可用性和正常運行時間的影響,提供有關實際環境中正常運行時間的量化數據,包括UPS電源對于正常運行時間的影響。這些數據還涉及斷電頻率和持續時間的影響、設備的重啟行為,以及UPS可靠性相關因素等。此外,本白皮書也將列舉延長UPS運行時間對于提高系統可靠性方面的優勢。

目前,對于IT系統正常運行時間的要求日益提高,通常會將可靠性目標設定為99.999%(5個9)。然而,眾多因素都會成為系統實現這一高標準水平的阻力,交流供電的可靠性便是其中一個不可忽視的障礙。不過,交流供電可靠性和正常運行時間的關系表現得并非特別明顯,而且不同地點的交流供電可靠性通常極為不同,也使情況進一步復雜化。

交流供電環境

有關交流電可靠性的標準化數據極為有限。不過,在美國進行了兩次極為重要的交流電可靠性調查研究,一次是由ATT貝爾實驗室完成的,另一次是由IBM完成的。另外,鑒于施耐德電氣已達千萬余臺UPS系統的裝機量,并且其中很多UPS能夠將電源問題記錄下來,因此我們在這方面也累積了一定的經驗。

交流供電問題大致可分為三大類,分別是:

1.會導致負載設備臨時停止運行的斷電或電壓過低情況
2.會導致負載設備臨時中止或故障的瞬變電壓
3.會損壞負載設備的瞬變電壓

本文主要分析第一類交流供電問題,即斷電或電壓過低造成的影響。因此,我們的假設前提是1)該設備已受到浪涌抑制器或UPS正確保護,能夠應對瞬變電壓,或2)因交流供電問題而造成的實際宕機時間將比本文所述時間更長。

美國調查數據與施耐德電氣多年積累的豐富經驗相一致,要點如下:

1.在普通地點,每年造成IT系統故障的平均斷電次數大約為15次。
2.90%的斷電時長不超過5分鐘。
3.99%的斷電時長不超過1小時。
4.斷電累計總時長大約為每年100分鐘。

以上信息因地而異,在美國部分地區,如佛羅里達州(這一地區經常發生雷電現象),斷電率要高出一個數量級。某些建筑物問題也會將斷電率推高,甚至高達三個數量級。這些數據也能夠體現日本和西歐的狀況。根據這些信息,美國地區交流供電正常運行時間在99.980%左右,每年的宕機時間大約在100分鐘。而要實現99.999%的正常運行時間目標,意味著每年宕機時間僅能控制在4.8分鐘,因此實現這一目標的困難之處也是實實在在的。

設備行為對于正常運行時間的影響

設備應對斷電的方式會大大延長實際宕機時間。在發生交流電斷電時,設備一般會有以下三類應對方式:

1.在電力恢復后立即重啟
2.在一定延時后自動重啟
3.手動重啟(人工干預)

如果選擇手動重啟,那么根據人員對于設備的服務水平的不同,會出現延遲。服務水平通常有以下三個級別:
1.有人值守:1小時響應
2.電話告警:4小時響應
3.無人值守:24小時響應

考慮到這些因素,交流供電問題而造成的設備宕機會變得非常嚴重,如下表所示。

表1設備行為對于系統宕機的影響:交流市電

UPS對于系統宕機的影響

在增加使用UPS后,會出現另外三種對系統宕機造成影響的情況,它們是:

1.如果斷電時間短于UPS運行時間,可由UPS正常供電,消除了斷電對系統的影響
2.如果斷電時間長于UPS運行時間,延緩了斷電給系統帶來的影響
3.UPS本身有可能發生故障,造成斷電

很明顯,UPS的優勢在于減少斷電事件。當所安裝的UPS不考慮設備運行或服務水平時,斷電發生的次數就減少了,如下表所示(PA=N+1容錯型UPS,如APCSymmetraPowerArray):

表2 UPS系統對于斷電事故數量的影響

考慮所有因素,可以看出,添加UPS后,宕機時間會大幅縮短,但縮短幅度會在很大程度上受到提供給設備的服務水平和設備運行的影響。如以下三個表格所示:

表3 UPS系統對于系統宕機的影響:有人值守服務水平

表4 UPS系統對于系統宕機的影響:電話告警服務水平

 

表5 UPS系統對于系統宕機的影響:無人值守服務水平

UPS選擇指引

根據以上數據,可以總結出一系列有關如何選擇UPS來縮短宕機時間的普遍準則。

1.一臺UPS有可能只是稍微縮短宕機時間,也有可能將宕機時間縮短三個數量級,具體取決于所選的UPS類型、設備運行和服務水平。

2.如果從原本使用可運行5分鐘的UPS改用可運行1小時的UPS,宕機率一般能降低一個數量級。

3.為實現99.999%正常運行時間的目標,需要部署可運行時間在1小時以上的UPS或UPS配備發電機。

4.在無人值守地點,需要部署一個容錯型(N+1)冗余UPS和一個發電機,才能實現99.999%正常運行時間的目標。

5.安裝UPS后,需要手動重啟的系統在延長正常運行時間方面受益最大。

結論

斷電是阻礙實現99.999%正常運行時間目標(每年宕機時間僅為4.8分鐘)的一個主要障礙。對于系統需要手動重啟的遠程地點來說,其宕機時間將達到4.8分鐘的4000倍,而就普通公司部署的IT系統而言,其宕機時間則可能為4.8分鐘的23倍。UPS能大幅延長正常運行時間,但如果希望實現99.999%的可靠性目標,可能需要部署更長時間運行的UPS或帶發電機的UPS。

本文未涉及除斷電外其它交流供電干擾對于正常運行時間的影響;電壓過高和瞬變電壓問題也會造成宕機次數增加,影響系統性能,因此也需要對它們進行預防。而使用UPS電源也有助于消除此類問題,所以UPS電源為用戶帶來的獲益遠不止本文中介紹的優勢。