数据中心机房供配电模式2N、DR和RR对比分析.doc

A级机房供配电模式2N、DR和RR对比简介

目录

1.概述 3
1.1数据中心的分类和原则 3
1.2 A级数据中心供配电措施 3
1.2.1 A级数据中心供配电系统 4
1.3 三种供配电方式：2N、DR、RR 5
1.3.1 2N配备 5
1.3.2 DR配备 6
1.3.3 RR配备 6
1.4 三种供配电方式可行性分析 7
1.5 三种供配电方式建设成本、运营成本对比分析 9
1.6 三种供配电方式系统架构、物理隔离、运维难度分析 9
2 结论 10

1.概述
供配电系统是数据中心的核心构成部分，是保障IT 设备正常运营的基本条件，是机房规划、建设、运维的重点构成部分，具有专业性强、构成系统较多、较复杂的特点，在机房建设时应高度注重，保证满足规范规定，在运营过程中应加强配电系统的管理工作，注重平常监测和应急演习，保证能安全稳定运营。
1.1数据中心的分类和原则
在不同的场合、机构根据其性质、重要性以及网络中断后导致的损失和社会影响将数据中心提成三个级别，即A、B、C 级，分别为容错型、冗余型、基本型。这三个级别根据不同的机房级别、分级根据，提出不同级别的配电规定。A 级机房重要是系统一旦中断会导致重大的社会影响、严重的经济损失，导致公共场合秩序严重混乱等，一般为国家级信息服务机构，如信息中心、大都市机场、银行总行、电台电视台、应急指挥中心等。此类非常重要的信息中心达到的配电规定必须是不因配电设备故障、维护和检修等因素导致其电子信息系统中断，达到容错原则。原则为：高压两路主供电源互为备用电源，每路电源还应配备一套备用电源；在主机房配电方面必须采用专用的供电回路或专用电力变压器；信息设备采用专用的UPS 双路供电，互为冗余；末端负载必须为双电源供电。B 级机房重要是系统中断后会导致较大的损失，会使公共场合的秩序混乱等，一般为省部级信息服务机构或办公单位，如国际会议中心、高等院校、三级医院以及交通指挥中心等。此类信息中心的机房应达到的配电原则为不因配电设备故障而导致电子信息系统运营中断，达到冗余原则。原则为：高压两路主供配电互为备用，具有一套备用电源；在主机房配电方面，采用专用供电回路或专用电力变压器；信息设备供电必须为专用UPS 双路供电，互为冗余；末端负载必须为双电源供电。C 级机房重要合用的是除A、B 级以外的地方，其配电原则是不用容错、冗余措施，在配电设备正常的状况下保证电子信息系统不中断。
1.2 A级数据中心供配电措施
A 级数据中心必须具有较高的可靠性，因此，计算机系统设备、电力系统也都应同步达到容错级，从而实现整体的高可靠性，达到99.995% 的原则。数据中心机房的供配电系统应同步存在两套独立全容量变压器、发电机、UPS 供电。
本文结合平常数据中心设计和运维状况，根据GB 50174-《数据中心设计规范》、TIA-942《Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers》和UpTime中对数据中心的有关规定。A级数据中心应满足容错规定，可以采用2N系统，也可以采用其她避免单点故障的系统配备。
1.2.1 A级数据中心供配电系统
A级数据中心供配电系统应符合下列规定：
（1）应由双路电源供电，并应配备10kV或0.4kV备用电源；备用电源可采用柴油发电机系统，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。
（2）低压配变电系统宜采用M（1+1）冗余（M=1、2、3……），系统主接线应采用单母线分段，并应设分段开关。
（3）低压配变电系统根据其工作特点可采用DR、RR系统配备。
①2N配备就是有2组UPS互为备份，当1组UPS浮现故障，另一组UPS仍然能保证IT设备的正常运营。
①DR配备即有3组低压配变电系统互为备份，当其中1组系统浮现故障，运用剩余2组系统供电，保证后级设备的正常运营。
②RR配备即有1组低压配变电系统为其她几组系统冗余备份，当其中1组系统浮现故障，运用备份系统供电，保证后级设备的正常运营。
（4）不间断电源系统应按2N或M（N+1）冗余（M=2、3、4……）配备，当满足下列规定期，可采用不间断电源和市电电源相结合的配备方式。
（5）不间断电源系统电池备用时间应不不不小于15min。
不间断电源系统需保证市电失电、发电机组正常供电之前的系统不间断运营。后备时间重要涉及两路市电停电、发电机组延时启动、发电机组启动成功及并机完毕时间、市电与发电机组转换时间。
（6）机房设备用空调系统配电应由双路电源供电，冷冻水循环泵及末端空调宜采用不间断电源供电。
（7）容错配备的配变电系统、不间断电源系统等，应分别布置在不同的物理隔间内。
1.3 三种供配电方式：2N、DR、RR
1.3.1 2N配备
1、机房级别
2N配备，满足GB50174-《数据中心设计规范》中A级机房规定；满足《UPTIME》中T4级别机房规定；满足《TIA942》中T4级别机房规定。
2、 配备特点

2N配备系统示意图
2N配备就是有2组UPS互为备份，当1组UPS浮现故障，另一组UPS仍然能保证IT设备的正常运营。
2N配备，设备占用空间多，平常运营效率低，初始投资多，操作维护简朴。长处是构造简朴，易于维护。
1.3.2 DR配备
1、机房级别
DR配备，满足《UPTIME》中T4级别机房规定。GB50174-《数据中心设计规范》和《TIA942》未提及这种配备。
2、 配备特点

DR配备系统示意图
DR配备就是有几组UPS互为备份，当其中1组UPS浮现故障，运用剩余的UPS供电，保证IT设备的正常运营。
DR配备，设备占用空间少，平常运营效率较高，初始投资少，操作维护较复杂，电缆途径的物理隔离较困难。长处是运营效率高，节省投资。
1.3.3 RR配备
1、机房级别
RR配备，满足《UPTIME》中T4级别机房规定。GB50174-《数据中心设计规范》和《TIA942》未提及这种配备。。
2、 配备特点

RR配备系统示意图
RR配备就是有1组UPS为其她几组UPS冗余备份，当其中1组UPS浮现故障，运用备份UPS供电，保证IT设备的正常运营。
RR配备，设备占用空间较多，平常运营效率较高，初始投资较多，操作维护复杂，需要大量的STS。长处是投资较少，效率较高。
1.4 三种供配电方式可行性分析
供配电系统可用性的定义是指在规定期间（一年或设计寿命）内系统可以正常使用的时间与总时间之比，可用性计算公式为：
式中：MTBF —— Mean Time Between Failure，表达系统平均无端障时间；
MTTR —— Mean Time to Repair，表达平均维修时间。
对于单台设备或者单个环节的可用性同样可以用A（t）来表达。
实际中，每个配电系统均有所不同，对整个供配电系统进行整体分析十分困难，且难以进行归类分析。因此，研究人员常常采用将供配电系统进行分解，然后根据系统构成将其分解为一种个的模块或设备，再在已知模块或设备可用性的基本上进行供配电系统可用性计算。
根据供配电系统的特点，可以将数据中心供配电系统分解为由串联型或并联型模块构成的系统。串联型和并联型模块示意图如图所示，图（a）表达串联型模块，该模块的可用性为：A（t）= A0 × A1 × A2；图（b）为并联型模块，该模块的可用性为：A（t）= A0 ×［A3 +（1 - A3）× A4］。

配电系统分解类型
供配电系统模块可用性：
设备或系统名称
可用性
备注
市电
0.999 703 200 000 000 0
中国电力公司联合会.全国电力可靠性指标（EB/OL）
柴油发电机
0.999 928 361 900 000 0

变压器
0.999 972 603 490 315 0

ATS
0.999 943 780 430 000 0

STS
0.999 973 800 000 000 0

带静态旁路的UPS
0.999 942 844 720 000 0

高压断路器
0.999 999 894 406 404 0

低压短路器
0.999 999 856 000 000 0

配电柜
0.999 978 000 000 000 0

1、可用性对比
分别对2N、DR、RR三种架构的可用度进行分析，分析成果如下：
系统名称
可用度
2N系统
0.99999
DR系统
0.99997
RR系统
0.99994
从可用度数值来看，2N、DR、RR三种架构的可用性大体相似，2N系统可用性最高。
1.5 三种供配电方式建设成本、运营成本对比分析
建设成本、运营成本（电费）对比分析如下（假设2N系统为100）：
系统名称
建设成本
运营成本（电费）
2N系统
100
100
DR系统
91.4
99.1
RR系统
91.9
106.5
建设成本2N系统最高，DR系统比2N系统低8.6%，RR系统比2N系统低8.1%。运营成本RR系统最高，DR系统最低。
1.6 三种供配电方式系统架构、物理隔离、运维难度分析

系统名称
系统架构
实现物理隔离
运维难度
2N系统
简朴
容易
低
DR系统
适中
很难
适中
RR系统
复杂
适中
高
2 结论
1、2N系统的优势：可用性高、系统架构简朴、设备和线路容易实现物理隔离、运营成本适中、运维难度最低。
劣势：建设成本偏高。
2、DR系统的优势：建设成本最低，可用性、系统架构复杂限度、运维难度、运营成本在三个系统中均处在中间水平。
劣势：设备和线路很难实现物理隔离。
3、RR系统的优势：建设成本较低，可靠性满足基本规定，设备和线路可以实现物理隔离。
劣势：系统架构复杂、运营成本和运维难度偏高。