在过去的40年里，全球的电力网络变得不稳定。这主要是由于三个主要因素：1) 电力传输网络很少经历重大的基础设施升级；2) 可再生能源的加入使维持稳定能源供应环境的挑战变得更加复杂；3) 灾害性极端天气事件的增加加剧了电力不稳定及其对业务弹性的相关风险。
鉴于这些外部因素，商业企业、工业场所和数据中心对其现场备用发电系统越来越依赖。在大多数情况下，不间断电源 (UPS) 和发电机的组合提供了实现可靠备用电源的途径。发电机作为长期备用电源（通常是几天），而UPS系统则作为应急电源（通常是几分钟），直到发电机启动以支持关键负载。
对UPS和发电机技术的投资是必要的，因为电力异常，无论是短暂的还是长时间的，都可能导致运营中断。例如，在数据中心环境中，任何超过20毫秒的停电都可能导致IT系统崩溃。60秒的停电可能导致数小时或数天的恢复期，以重启受影响的IT系统和应用程序。这可能会使组织损失数百万元（取决于行业），并影响客户满意度及其品牌和声誉。
需要考虑的电力备份的关键成功因素
施耐德不间断电源 (UPS) 可能是任何数据中心中最重要的组件，而UPS电池可能是最薄弱的环节。UPS系统必须经过适当设计，以在资本成本和不间断电力供应的可用性之间实现优化平衡。以下要素代表了一些在权衡资本成本和可用性 Trade-offs时的关键成功因素：
为关键负载提供不间断电源 (UPS) 电力
当今，大多数数据中心在其设计中都会采用不间断电源（UPS）系统，为IT设备提供连续的电力。然而，支持数据中心的冷却系统通常仅由发电机电源提供备用。在这种设计中，当电力失去时，冷却系统会暂时关闭，直到设施切换到发电机电源。根据所采用的冷却解决方案，这些系统可能需要几分钟才能重新循环、启动并恢复到全冷却状态。
在低密度的数据中心环境中（每个机架平均消耗5千瓦），重启时间间隔可能不会成为问题。低机架密度和充足的冷空气空间（例如，高天花板）可以在IT组件温度达到系统因热过载而关闭之前，提供几分钟的热缓冲时间。要了解更多信息，请下载APC白皮书“冷却系统故障期间数据中心温度上升”。
如今，我们看到数据中心中越来越多的高密度机架被部署。在10-20 kW每机架范围内看到超融合机架或刀片服务器机架并不少见，这可能在大学研究部门中找到，在30-100 kW每机架范围内也是如此。在这种情况下，这些计算机架可能在几秒钟内而不是两分钟内经历热过载。在这种情况下，开始有意义的是将部分或全部暖通空调系统以及发电机备份到UPS电源。
为UPS可靠性与可用性进行设计
如果给足时间，所有的机械和电子系统都会在某个时刻失效。为了应对这种不可避免的情况并实现所需的可靠性和可用性，数据中心被设计有冗余的电气和机械组件和/或系统。通常，设计中包含的冗余越多，可靠性和可用性就越高。然而，冗余越大，成本也越高；包括资本支出和运营支出。例如，2N数据中心设计提供了一个完全冗余的系统，这意味着，如果一个系统可以支持关键负载，另一个完全冗余的系统被安装为备用。这是一个高度可靠的系统，但也会带来高成本。如今，大多数数据中心通过N+1设计拓扑来实现所需的可靠性。
确定合适的不间断电源电池运行时间
理论上，您只需要足够的UPS电池运行时间，以使关键负载在发电机启动并将负载转移到发电机（通常为10-20秒）之前保持运行。话虽如此，电池的运行时间将根据终端用户的风险承受能力和由UPS支持的IT应用程序的韧性而有所不同。例如，互联网巨头正在设计具有1-2分钟电池运行时间的超大规模数据中心。数据中心通常设计有5分钟的电池续航时间。在金融行业，通常会看到10-15分钟的电池续航时间。UPS电池的续航时间是客户业务的决策。显然，您在设计中纳入的电池续航时间越长，资本成本和年度维护成本就越高。
选择哪种UPS电池
几十年来，部署的最常见的UPS电池技术是VRLA（铅酸电池）。近年来，新一代锂离子电池已经被引入，它们在行业中是一个改变游戏规则者。新技术相比传统的VRLA电池有许多好处。虽然这些电池的资本支出可能会稍高一些，但大多数安装将使您的总拥有成本降低30%-50%。
此外，许多情况下锂离子电池比传统的阀控式铅酸电池降低了您的运营风险。例如，锂离子电池的预期寿命是传统阀控式铅酸电池的2-3倍。这减少了更换电池的次数，并降低了执行电池更换项目所带来的运营风险。亲自测试锂离子电池的好处，使用这个比较计算器。
数据中心的UPS系统：设计和实施的最佳实践
在数据中心设计和实施不间断电源（UPS）系统时，遵循最佳实践对于实现最佳性能至关重要。有效的数据中心UPS设计包括选择可靠且可扩展的UPS设备，确保冗余，并整合高效的动力管理。对于数据中心的UPS，定期进行维护和测试以预防故障是重要的。通过遵循这些实践，企业可以提高系统的可靠性，并保护关键操作免受中断。
使用不间断电源 (UPS) 和发电机克服电力异常
施耐德电气解决方案架构师与超大规模和企业客户合作，帮助设计高效且具有弹性的数据中心备用电源系统。虽然每个元素对于成功运行和维护的数据中心都是至关重要的，但电源架构及其相应的备用解决方案是尤为关键的。我希望这篇文章能深入探讨备用电源的必要性，并帮助您提出正确的问题，考虑重要事项，从而为您的数据中心做出最佳决策。
