维谛专家详细解读何为产品级的可靠性

随着云计算、物联网的快速发展，大数据的时代已经到来，行业应用所产生的数据呈爆炸性增长，给数据中心提出了更高的要求。而互联网企业要求数据中心能够快速部署，灵活扩展，模块化数据中心应运而生。但是不论数据中心如何演进，可靠性仍然是最重要的。

维谛（Vertiv，原艾默生网络能源）技术有限公司主办的“思无界·设享V来——2018设计院专家高端论坛”日前在北京成功举办。在本次论坛上，维谛（Vertiv）亚太区AC POWER产品线高级总监彭怀东生动地为大家诠释了何为产品级的可靠性。

彭怀东表示，中国的数据中心发展是非常迅速的，其附着的数据业务规模来看已经占到全世界的30%，总量尤其是超大数据中心规模虽然与美国有较大差距， 但近5年新增建设速度保持世界第一。在数据中心快速建设过程中，基础设施供配电系统设计方案的选择出现向运营利润倾斜的趋势，降低“颗粒度”、“模块化”可无限堆积、唯“高频化”、效率唯一选择论以及高压直流（HVDC）和UPS同级使用等正成为热点话题。还有一种观点认为数据中心供电系统的可靠性是由架构决定的，产品的相关性已被解耦。但是，产品的可靠性是不应该被忽视的，它仍是整个系统是否安全可靠的基础。

对于交/直流混合供电方案是否具备等同系统可靠性等级问题，彭怀东指出，目前的趋势是将直流供电系统和UPS供电系统等同对待，但是直流供电系统对配电开关灭弧性能要求更高一些。对于交流供电系统，电流在周期内会有过零点，过零点的存在使开关断开时产生的电弧容易灭弧。而如果是直流供电系统，就不存在过零点，灭弧相对困难。目前的解决方案是在直流供电系统中增加直流分断开关，但是是否因此就变得和交流供电系统一样安全还是值得探讨的。高压直流供电系统中的电源模块和连接等环节与48 V直流供电系统相比，并没有做本质上的升级设计，当某一环节出现问题时，造成的影响还是很大的，所以在某一些场所将直流供电的应用限制在300 kW以下。高压直流供电系统和UPS供电系统在电气特性上的差异是极大的，因此能否将两者完全同级考虑还是需要探讨的。

我国模块化UPS的发展非常迅速，即把“颗粒度”降低，不再像原来一样认为UPS供电系统必须由大的系统构成，这也是目前比较流行的一种观点。彭怀东表示，模块化UPS的优势在于用较小的冗余度获取了负载备份，当后期需要增加负载时，可扩充的模块结构可以满足扩容需求，可以分阶段进行建设和投资。模块化UPS“N+1”方案取代传统的“1+1”并联冗余方案是否能确保相同的可靠性呢？彭怀东认为，模块化UPS架构的可靠性是建立在一些假定条件上的：假定控制系统是解耦的；假定模块间主电路单纯向负载供电；假定模块之间并联只是冗余，而不会互相影响。做产品和架构设计首先需要考虑的是容错，即出错时应该如何应对，而模块化UPS可以无限拓展的前提恰恰是消除了“容错”。

彭怀东介绍说，在模块化UPS供电系统中，负载供电侧均流是可控的，但是没有一个系统可以控制被动回灌。也就是说当系统中的某一个逆变器出现问题的时候，将会有N-1个模块对这个逆变器回灌，这个难题目前还无法有效解决。逆变器并联的第二个难点是切换，而模块化UPS的切换器件相对于塔式UPS来说并没有技术上的突破，而仅仅是简单的电流降级。结果是造成了“小马拉大车”的效果，切换环节器件过多，降低了系统的整体可靠性。

维谛（Vertiv）亚太区AC POWER产品线高级总监彭怀东

“如果认为模块并联只是简单地增加冗余，这并不是一个专业的观点，模块并联同时也是一个互相强耦合的过程。维谛（Vertiv）作为模块化UPS的先行者，克制地认为﹤5PCS为最佳方案，﹤20PCS为推荐方案，且不建议应用于T3或T4系统。”彭怀东先生表示。

目前，有一种观点认为由于工频机的输出变压器N线接市电零线，不能提供真正的电气隔离，从可靠性等级上来看工频机与高频机是相同的。还有一种观点认为工频机内含变压器，笨重、体积大且变换效率低，控制技术进步后，高频机能够提供完全相同的保护性能，工频机已经是过时产品。对此，彭怀东表示：“工频机的经典价值恰恰不是隔离，而是其经典低压工作的构造带来的超高可用性。工频机内部有更少的器件种类和个数，更低的交直流电压，电池直接连接在母线上，市电停电后直接给逆变器供电，无中性点的单极电路。而高频机内部与工频机相比半导体器件种类和个数都要更多，双倍的交直流电压，加升压电路后连接逆变器的电池连接方式，带平衡控制的双极电路。高频机的设计初衷是降低能耗和减小体积，其可靠性等级会逐渐趋近工频机，而不是等同于工频机。”维谛（Vertiv）叠加最新数字控制的工频机使得其“不妥协的可靠性”的特质得到进一步的诠释，在一旦断电将造成重大经济损失和社会影响的重要场所，工频机仍是最佳选择。

在数据中心供配电系统方案设计过程中，选择基础系统架构后，系统运行的可用度水平将被确认，那么是否UPS、ATS、PDU和柴油发电机等基础产品的选择只会微量影响系统的可用性？对此，彭怀东有不同观点，他认为在可用性计算过程中，大量级的平均恢复时间（MTTR）值的选取较随机，不符合实际；平均故障间隔时间（MTBF）运算方法的局限无法展现真实系统质量水准的差异，实际系统运行中关注的系统掉电核心事故的故障率得不到关联。数据中心运维更关注实际掉电间隔、起动时间和实际软件系统的恢复时间等。因此，可用性的数值应建立在实际发生的历史数据基础上，而不仅仅是通过公式推演得来的。在剔除MTTR因子和不使用MTBF演算数据后，使用系统故障率累积数据将会更真实地反映基础产品对系统实际可用性等级的影响。系统架构的选择和产品级的可靠性同等重要，产品的可靠性是保障系统架构设计得以展现的前提。

在谈到如何确保产品的可靠性时，彭怀东介绍说，维谛（Vertiv）确保产品品质首先是坚持自己制造生产，产品全球制造、全球标准是对于产品可靠性的体系化保障。从2003年起，国内工厂生产的UPS装机容量累计已经达到23371 MVA，至今仍可靠地在世界各地运行着，实践着中国制造的口碑。维谛（Vertiv）对于研发同样非常重视，并且产品研发是基于全球市场进行的，根据各个国家运行环境以及对于产品需求的差异，不断改进产品性能，以便更好满足当地需求。

彭怀东指出，可靠性是UPS设计的起点，而不是电气性能或其他因素，不存在包治百病的良药，不同场景的专业化设计才是解决之道，维谛（Vertiv）的全产品维度能够实现业界最高的可靠性。工频UPS的高可靠性和耐受冲击能力适用于金融、交通等重要企业级数据中心；高频塔式UPS的高性价比、高效率和节省空间适用于互联网企业和租用型中大型级数据中心；高频模块化UPS的高可维护性、高效率和灵活易用适用于关注业务灵活性的中小企业级数据中心。

最后，彭怀东表示：“选择和努力同等重要，产品可靠性是保障系统架构设计得以展现的前提。我们坚信用户为‘不妥协的可靠性’和‘好用一点儿’来买单的时代已经来临。不盲目外延生长，坚守价值交付和专业领域的维谛（Vertiv）将是设计院同仁和用户‘同向而行’的最佳伙伴”。

EA（内容来源：《电气应用》编辑部）

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