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中小型企业的电力风险规划与备援策略
 

【作者: 籃貫銘】2017年12月01日 星期五

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既然电力紧绷是接下来7~8年的常态,企业势必要准备好相关的因应策略,以备不时之需。而对於台湾以中小型企业为主的产业结构来说,做好机房与资料中心的电力备援系统则是关键。


电力管理系统方案供应商伊顿便指出,每间企业都必须仰赖电力,确保可靠的供电则是关键所在。停电将使企业承担高昂代价,生产力、销售量、甚至存货都可能蒙受损失,因此必须彻底减少营运中断的情况。但是,各种天灾人祸都是不可预测的,所以针对电力供应与紧急状况的备援规划是不可或缺。


然而,每间企业的规模与组织型态不尽相同,因此所采取的策略也有所差异。伊顿表示,如果是中型企业,每小时损失成本可能较低,但对於业务的影响则可能大得多。因此停机的每小时成本计算方式差异极大,需将多项因素纳入考量,例如企业类型、公司规模以及IT系统影响营收的重大程度。


电力危机的风险规划

伊顿举例:一间全球性的金融服务组织,可能平均每小时停机损失数百万美元,而小型企业则可能只会损失些许生产力。此外,针对大型灾难或区域型的灾难也做好应变准备,否则将无法顺利在灾难期间展开复原流程,导致更多停机时间。


因此,对於企业而言,建立起针对断电的风险管理稽核,将有助於组织预估灾难的潜在冲击,并找出方法减少容易遭受灾损的弱点。


这项作业通常会包含关键负载稽核,目的是确认需要备用电源的负载项目。辨别潜在自然和人为威胁的可能後果,有助於评估所有因设备或区域基础建设资源损失,而导致的实体及潜在财务的影响。


而在进行评估时,最好依据电力中断的时间长短,列出不同的潜在影响,并运用这项资料研拟发生断电意外事件时的因应计画。此外,也必须涵括安全性稽核,并建立符合Sarbanes-Oxley和OSHA要求的零伤害修复程序。


规划备用电源 导入UPS系统

而在紧急备用电源的规划上,伊顿指出,永久性的现场本地发电是成本最高的方案,但却同时能提供最高程度的保障。不过,伊顿也提到,本地发电能确保系统持续运作,但也将承担更多维持系统运作的事务。常见的解决方案是将维护工作承包给合格的发电机经销商。


除了可选择备用电源设备租用供应商来建置紧急电源系统外,使用不断电系统 (UPS)则是更经济有效的解决方案。


伊顿表示,UPS装置主要是在市电故障时,提供电力调节与备用电源,时间长度足够让重要设备正常关机,使资料不会流失,或维持必要的负载持续运作,直到备用AC电源(如发电机)上线为止。另一方面,UPS也可调节输入电力,使常见的电力下降与突波不会损坏敏感的电子设备。


目前UPS主要有三种类型:单一转换系统、双重转换系统、多模式系统。


单一转换系统

所谓单一转换,指设备在正常运转时,系统会将输入的AC市电送至IT设备。如果AC输入供电降低至限值以下,UPS会利用其逆变器从电池汲取电力,并中断AC输入供电线路,以避免从逆变器反??至市电。此时,UPS持续使用电池电力,直到AC输入恢复至正常容许范围内,或电池电力用尽。常见的两种单一转换设计为离线式与在线互动式。


离线式UPS可让IT设备使用市电,直到UPS侦测到问题,届时UPS就会切换到电池电力。离线式UPS的成本通常是所有UPS类型中最低的,但其无法透由电池产生正弦波输出,而输出梯形波或类正弦波,而这种波适合小型桌上型电脑,但大型伺服器、网路设备及储存装置,如果使用此种修正波形,可能会发生问题,甚至无法正常运作。


在线互动式UPS可视需要调节输入的市电电压,然後才让电力传送至受保护的设备。但是,此类型UPS如同离线式UPS,同样透过电池来因应频率异常的情形。


双重转换系统

双重转换系统则是指这些装置会转换电力两次。首先,输入整流器将AC转换成DC,然後??送至输出逆变器。输出逆变器将电力调节为AC,然後传送至IT设备。此双重转换程序可隔离负载与原始市电,确保IT设备接收到纯净可靠的电力。


在正常运转时,双重转换UPS会持续调节电力两次。但是,如果AC输入供电降低至定义的限值以下,输入整流器将会关闭,而输出逆变器仍继续运作,并取而代之汲取电池的电力。


多模式系统

多模式UPS结合单一与双重转换技术,在效率与保护间达到理想的动态平衡。在正常情况下,它以高效率节能模式运行以提供最高效率。但是当发生电源问题时,它会立即自动转变回双重转换模式,牺牲部分效率以提供最大程度的保护。当电力品质恢复到可接受的程度时,UPS会转变回节能模式。



图1 : 多模式UPS的内部设计(source:伊顿)
图1 : 多模式UPS的内部设计(source:伊顿)

至於,该如何选择适合的UPS系统?伊顿指出,主要依据各别公司对能源效率和装置保护之间的取舍考量而定。


一般来说,单一转换UPS的效率高於双重转换装置,但提供较少保护。适合对於电力异常有较高容忍度的负载,或输入电力较为稳定的地区。因此,离线式UPS(最基本的单一转换UPS)通常是小型应用的最隹选择,例如桌上型电脑及销售点解决方案。


而在线互动式UPS通常适用安装於AC市电相对稳定地区的小型伺服器、储存装置及网路设备;双重转换UPS提供与AC市电最高等级的隔离,虽然效率较低,但却是保护关键任务系统的标准选择,它也是电力环境不隹的场所(例如工业应用)最理想的方案。


至於多模式UPS的价格虽然可能比单一或双重转换系统来得高,但对於希??效率与保护能达到最隹平衡的公司而言,它是最隹的选择。


模组化备用电源系统是资料中心的新选择

而对於资料中心和拥有大型机房的企业来说,则可选择新一代模组化的备用电源系统。它可利用现有的模组化套件,依据企业的发展规模量身定制,同时具备扩充能力。



图2 : 模组化套件可依据企业的发展规模量身定制,同时具备扩充能力。(source: nationwidepower.com)
图2 : 模组化套件可依据企业的发展规模量身定制,同时具备扩充能力。(source: nationwidepower.com)

伊顿指出,目前模组化是运用建构区块,可供使用者加以新增、移除或重新部署,以便建立原始功能或流程的变更版本,做法包括以Pod、通用机架、虚拟化、可堆叠储存阵列等方式进行扩增。


传统上,许多资料中心选择集中式电源保护策略,以大型独立的UPS为整个资料中心供电。但随着资料中心不断演进,这类型的建置型式已不符需求。


近年来,许多资料中心已采用分区策略,亦即分成数个区域,并由各区所属的UPS供电。相较於集中式UPS策略,这种方法不仅更具扩展能力,在UPS进行维护或发生故障时,只会影响单一区域,而非整座资料中心。


在这种分散式架构之下,每个机架组皆有专属UPS,而UPS本身也采模组化设计,可依企业的需求随时扩展规模。


伊顿表示,采用一排12kW UPS或50 kW UPS而非大型、独立UPS来建立模组化系统,可提升可用性与维修能力,同时可满足预算限制、因应持续的变化,降低总拥有成本。


至於有些业者希??以低成本的方式,结合分散式电力保护系统与现有集中式系统,以支援需要2N或更高可用性与维修能力层级的客户,则混合式组态将是理想的选项。


电池也可采模组化配置

典型资料中心一年中可能只使用几分钟的电池电力,但电池备份仍然是维持商业连续性的生命线,对於电池寿命的需求亦持续升高。这表示电池模组化的程度必须与所支援的UPS一样。



图3 : 热??拔电池模组在进行维修保养作业时,负载设备仍可受到保护。(source:伊顿)
图3 : 热??拔电池模组在进行维修保养作业时,负载设备仍可受到保护。(source:伊顿)

在模组化UPS中,内部电池可提供足够的系统运行时间,无需增加任何额外的体积或复杂性。但是,如果需要更长的运行时间,则应选择支援外部电池模组 (EBM)的UPS。


例如,8kW至60kW范围内的UPS,可以增加一个3U电池EBM,其较内部电池具有更高的放电安培数。这些电池模组可放置在与UPS相同或不同的机架上,并??入至UPS模组的背面。一个单元最多可连接四个EBM,每个模组在完全负载时可增加将近5分钟至34分钟的运行时间,若负载较小则最高可达一小时或更久。


伊顿特别指出,弹性是采用模组化备用电源系统最大的优势:企业可以只购买短期所需的功能,同时依以自己的步调扩展,无需每次使用新的平台,再者, 组件体积较小且更容易安装,维护时可分隔小区域进行,无需关闭整座资料中心。


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