當今世界的云計算使用量正在增加，隨時連接到互聯網是一種常態。人們帶著智能手機四處走動，智能手機一直與互聯網相連。通過流媒體服務盡情享受整季節目已經成為觀看電視節目的首選方法。云有這么多廣泛的用途，我不可能把它們都列在這里。有一件事是肯定的。所有這些使用互聯網和云的設備需要非常大的存儲空間和基礎設施。這是數據中心的工作。數據中心是互聯網的核心。為確保這些信息在100％的時間內可用，數據中心是為最大的可靠性而設計的。

不間斷電源（UPS）是每個數據中心用來確保服務器和所有敏感計算設備不受電力線干擾和電能質量問題影響的設備之一。

數據中心系統中的直流電源

諸如服務器和路由器之類的計算設備都依賴于內部電源來提供運行處理器和外圍設備所需的調節直流電源。這些電源只能在計算設備易于關閉或過載之前處理電源電壓的某種變化。信息技術產業委員會（ITI）創建了一條曲線和應用說明，描述了典型信息技術設備可以忍受的輸入電壓范圍。它被稱為ITI（CBEMA）曲線。

ITI（CBEMA）曲線。來自Keysight的圖片

應用筆記定義了ITI曲線描述的七種電能質量事件。例如，曲線顯示大多數設備能夠承受高達20 ms的電壓降。UPS的設計是為了確保計算設備的輸入電壓在電壓范圍的“功能區無中斷”范圍內。

不間斷電源的組件

有幾種類型的不間斷電源，將在下面定義，但所有UPS系統都將使用以下組件。

整流器：整流器將輸入交流電轉換為直流電。該直流電將用于為儲能系統供電。

儲能：每個UPS都會使用某種系統來存儲能量，以防輸入電源故障。這種能量可以以電池、飛輪或超級電容器的形式存儲，是UPS提供不間斷電源的原因。

逆變器：逆變器將來自整流器或儲能系統的直流電轉換為負載使用的所需交流電。

示例UPS的基本系統配置，EatonE系列DX三相UPS。圖片由Eaton提供。

不間斷電源的類型

待機/離線：備用UPS有兩種模式。在正常運行期間，輸入功率直接饋送到輸出負載而沒有濾波。當檢測到斷電時，固態開關用于將負載轉移到電池電源。

線路交互：與備用UPS類似，但能夠根據過壓和欠壓情況調整輸出，而無需切換到電池。當檢測到斷電時，固態開關用于將負載轉移到電池電源。

在線/雙轉換：在線UPS使用雙轉換電力電子設備。在此拓撲中，電池系統始終處于連接狀態，無需切換到備用電源。正常運行的功率流是通過整流器、能量存儲系統以及通過逆變器進行充電的。

在線雙轉換UPS系統

關鍵數據中心通常會使用在線雙轉換UPS系統。我們已經知道在線UPS將配備整流器、儲能系統和逆變器。為了進一步提高系統的可靠性，還將包括一個內部自動靜態轉換開關，以實現到旁路電源的轉換。如果在UPS內檢測到問題或故障，將自動進行轉移。

關鍵數據中心的UPS系統也使用外部維護旁路。這是一個開關設備，允許手動將關鍵負載從UPS轉移到旁路電源。手動轉移到外部旁路電源允許完全切斷電源，以便在UPS內部進行安全的維護工作。

UPS冗余需要高正常運行時間

為了滿足數據中心的高正常運行時間要求，UPS系統通常采用冗余配置。

N + 1冗余

讓我們將“N”定義為處理總負載所需的全部UPS容量。對于簡單冗余，安裝了額外的模塊。在這種多模塊系統中，每個UPS都能夠提供所需的“N”電源。這被稱為N + 1冗余。

2N冗余

企業級IT設備通常支持雙電源操作。該設備可以連接到多個電源。在數據中心，這兩個來源將是獨立的UPS系統。“A側”和“B側”可以為計算機設備供電。每一方都能夠處理100％的負載能力。這被稱為2N冗余。

2（N + 1）冗余

這兩個概念也可以結合起來。以具有2N冗余配電系統為例，不是每側一個模塊UPS，而是多個模塊。這在每側提供N + 1冗余。這被稱為2（N + 1）冗余。

無變壓器多級UPS拓撲

如今，部署在數據中心的最先進的UPS系統使用無變壓器的多級拓撲結構。該拓撲結構可確保最高的可靠性和效率。制造商也開始使用寬帶隙晶體管，如碳化硅（SiC）。這在雙轉換模式下將UPS系統的效率提高了98％。

總結

隨著互聯網使用量日益增加，越來越多的數據中心正在建設中。UPS系統是確保數據中心內的每臺計算機始終運行的核心。下次當你播放你最喜歡的節目時，請記住所有信息都是通過UPS不間斷提供的。