黄金搭档 | 数据中心里的UPS与配电柜
一、数据中心的供电需求
数据中心的重要性及设备用电特点
在当今数字化时代，数据中心扮演着至关重要的角色，堪称是数字世界的“心脏”。它就像是一个巨大的智能仓库，承担着存储、处理海量数据的重任，我们日常使用的各种互联网服务，比如线上办公、网络购物、视频娱乐、远程教育等等，背后都离不开数据中心对数据的管理和运算支持。
而数据中心内部有着众多的服务器、存储设备以及各类网络交换设备等，这些设备对电力供应的稳定性和持续性有着极高的要求。服务器需要持续不断地运行来保证数据的实时处理和传输，如果电力供应出现哪怕是短暂的中断，正在进行的数据处理任务就可能被迫中断，导致数据丢失或者出现错误，就好比正在流水线上组装的精密产品，突然停电了，那半成品可能就报废了，后续还得花费大量时间和精力去修复或者重新处理。并且，频繁的电力波动也会影响这些设备的使用寿命，加速硬件老化，增加故障发生的概率，进而影响整个数据中心的正常运行，影响到依靠其提供服务的千千万万的用户体验。
市电供电存在的不足
市电，也就是我们日常生活中由供电部门提供的公共电力，虽然能够满足大多数普通场所和设备的用电需求，但对于数据中心这样对电力要求苛刻的场所来说，却存在不少问题。
在数据中心的运行中，保障供电连续性是至关重要的。UPS与配电柜搭配使用，能很好地应对市电可能出现的各种问题。当市电正常时，UPS会对市电进行处理后为数据中心设备供电，同时自身电池处于充电备用状态；而配电柜则负责将电能合理分配到各个需要用电的区域及设备上。
一旦市电出现断电等故障，UPS能够迅速切换到电池供电模式，实现无缝衔接，继续为设备提供电力支持。此时，配电柜的作用就凸显出来了，它可以保证UPS输出的电能准确无误地传输到各服务器、存储设备以及网络交换设备等，使得整个数据中心的设备依然能够维持不间断运行。就好比一场接力比赛，UPS接过市电中断的“接力棒”，而配电柜则保障电能在后续传输过程中不会“掉棒”，它们相互配合，共同守护数据中心的供电稳定，让数据的处理、存储以及传输等工作都能持续进行，避免因电力中断造成的数据丢失、业务停滞等严重后果。
一方面，市电可能会出现断电的情况。这可能是由于自然灾害，比如暴风雨、地震等破坏了供电线路；也可能是供电系统本身出现故障，像是变电站设备故障、输电线路检修等原因导致。哪怕是短暂的断电，对于数据中心而言都是难以承受的，就像前文所说，会造成数据丢失、设备异常等后果。
另一方面，市电的电压往往并不稳定，存在波动现象。例如，在用电高峰时段，由于大量电器同时使用，电网负载过大，就可能导致电压下降，出现电压跌落（Sag or Brownout）的情况。
另外，市电还可能存在频率偏移（Frequency Variation）的问题，也就是市电频率的变化超过3HZ以上，这通常是由于应急发电机的不稳定运行或由频率不稳定的电源供电所致，同样会影响到数据中心设备的稳定运行。
二、UPS在数据中心中的关键作用
1、断电保护功能
在数据中心的运行过程中，市电突然中断是一个极具威胁性的状况。当市电正常供应时，UPS会一边将市电进行相应处理后为数据中心的各类设备供电，一边给自身的电池进行充电，时刻准备应对市电可能出现的问题。一旦市电毫无预兆地中断了，UPS能够凭借其先进的自动切换机制，在极短的时间内迅速从市电供电模式切换到依靠自身储存电能的电池供电模式，无缝衔接继续为数据中心里的服务器、存储设备、网络交换设备等关键设备持续供电。
2、电压调节与滤波功能
市电所提供的电压往往存在不稳定的情况，而这对于数据中心里那些精密的设备而言，是不容忽视的隐患。这时候，UPS的电压调节与滤波功能就派上用场了。
首先，在电压调节方面，UPS能够对市电输入的电压进行实时监测，无论市电电压是因为用电高峰时段电网负载过大出现电压下降，形成电压跌落的情况，还是在一些特殊情况下产生电压浪涌，又或者出现欠电压、过电压等各种偏离正常额定值的现象，UPS内置的稳压系统都会立即启动，通过其先进的电子调压电路等技术手段，对电压进行精准调节，将输出给数据中心设备的电压稳定在合适的范围之内，确保设备能够在稳定的电压环境下正常运行，避免因电压异常造成硬件提前老化、文件数据丢失以及关键部位被破坏等问题。
同时，UPS还具备滤波功能，市电中的电能在传输过程中，由于发电设备自身以及电网中各类非线性负载的影响，会产生谐波等干扰因素，使电压的波形出现失真情况，这些谐波就像是隐藏在暗处的“破坏分子”，会降低发电、输变电设备的效率，影响数据中心里各种电气设备正常工作，甚至可能引起局部谐振，放大危害，导致继电保护和自动装置误动作、电气测量仪表计量不准确等不良后果。而UPS可以凭借自身的滤波装置，将这些谐波等干扰因素有效地过滤掉，使得输出的电源波形更加接近纯净的正弦波，为数据中心的设备营造一个优质、干净的电源环境，保障设备的稳定运行以及数据处理、传输等工作的准确性和高效性。
三、UPS与配电柜搭配使用的重要原因
1、保障供电的连续性
在数据中心的运行中，保障供电连续性是至关重要的。UPS与配电柜搭配使用，能很好地应对市电可能出现的各种问题。当市电正常时，UPS会对市电进行处理后为数据中心设备供电，同时自身电池处于充电备用状态；而配电柜则负责将电能合理分配到各个需要用电的区域及设备上。
一旦市电出现断电等故障，UPS能够迅速切换到电池供电模式，实现无缝衔接，继续为设备提供电力支持。此时，配电柜的作用就凸显出来了，它可以保证UPS输出的电能准确无误地传输到各服务器、存储设备以及网络交换设备等，使得整个数据中心的设备依然能够维持不间断运行。就好比一场接力比赛，UPS接过市电中断的“接力棒”，而配电柜则保障电能在后续传输过程中不会“掉棒”，它们相互配合，共同守护数据中心的供电稳定，让数据的处理、存储以及传输等工作都能持续进行，避免因电力中断造成的数据丢失、业务停滞等严重后果。
2、优化电力管理与保护
配电柜在数据中心的电力管理方面起着关键作用，它可以根据UPS的输出能力来合理分配负载。不同的设备对电力的需求不同，比如高性能服务器可能需要较大功率的电能供应，而一些辅助设备则功率需求相对较小，配电柜能够通过合理布局线路以及设置不同规格的开关等元件，将UPS输出的电能精准地分配到各个对应的设备支路，确保每台设备都能获得合适的电量，避免出现部分设备过载、部分设备电力不足的情况。
同时，配电柜还具备完善的保护机制，当电路中出现过载、短路等故障，或者电压出现异常波动时，配电柜中的断路器等保护装置能够迅速响应，及时切断故障电路，防止故障进一步扩大对设备造成更大的损害。而UPS自身也有着对电压调节、滤波以及过载保护等功能，它可以对市电或者电池输出的电能进行优化处理，保障输出电能的质量。二者相互配合，全方位地保护数据中心的设备和数据安全，就如同为数据中心的供电系统穿上了“双重铠甲”，大大降低了因电力问题导致设备损坏、数据丢失的风险。
3、便于集中控制和维护
通过配电柜，运维人员可以集中管控连接UPS的各路电路。配电柜通常有着清晰的线路布局和标识，方便运维人员了解每一条支路对应的设备以及电力供应情况。在进行日常维护、检修以及根据实际需求对供电系统进行调整时，只需要在配电柜处就可以对相关电路进行操作，例如断开某条支路进行设备检修、调整负载分配等，无需对每一台设备单独去操作其供电线路，极大地提高了管理效率，降低了维护成本。
而且，如今很多配电柜还具备智能监测功能，能够实时采集并反馈电压、电流、功率等电力参数信息到监控系统中，运维人员可以借助监控平台，结合UPS自身的运行状态监测数据，更加全面地掌握整个供电系统的情况。一旦发现异常，能迅速定位问题所在，及时采取措施进行修复和处理，保障数据中心供电系统的稳定可靠运行，让整个数据中心的运维管理工作变得更加有条不紊。
四、实际案例分享
案例1、某大型互联网企业数据中心
某知名互联网企业，其数据中心规模庞大，承载着数亿用户的信息存储、各类网络服务的运算处理等关键任务。该数据中心配备了多套大功率的在线式UPS，并搭配了智能化的配电柜。
在日常运行中，市电偶尔会因周边区域电网升级改造出现短暂断电情况。每当此时，UPS立即无缝切换至电池供电模式，持续稳定地输出纯净电能，而配电柜凭借其精准的电能分配功能，将UPS输出的电能准确无误地传送到各个服务器机柜、存储设备区以及网络交换设备区等，确保所有设备都能不间断运行。例如，在一次长达30分钟的市电断电过程中，整个数据中心的核心业务，如用户实时数据处理、在线视频播放服务等，丝毫未受到影响，没有出现数据丢失或者服务中断的现象，完美保障了数据中心的可靠性，也为广大用户提供了流畅的使用体验。
同时，配电柜的智能监测功能实时将各支路的电压、电流等参数反馈给运维团队，运维人员可以结合UPS的运行状态，提前做好市电恢复后的切换准备以及后续的设备检查等工作，使得整个供电系统的维护和管理十分高效。
案例2、某中型金融机构数据中心
对于金融行业而言，数据的安全性和业务的连续性至关重要。这家中型金融机构的数据中心选用了在线互动式UPS与配电柜相搭配的方案。
在日常运营中，市电电压会因周边用电高峰等因素出现波动，在线互动式UPS发挥了良好的电压调节与滤波功能，对市电进行优化后再输出电能。配电柜则根据不同业务区域设备的功率需求，合理分配电能，像交易服务器所在区域，配电柜为其分配了足额且稳定的电量，保障交易业务能实时、准确地进行。
有一次，因附近一处电力设施突发故障，市电出现了较为严重的电压浪涌，UPS及时对电压进行了调节，并通过配电柜将稳定的电能输送至各设备，有效避免了设备因电压异常受损，让诸如网上银行转账、理财交易等重要金融服务得以持续开展，没有出现任何因电力问题导致的交易卡顿或者数据错误情况，充分彰显了UPS与配电柜搭配使用在保障数据中心稳定运行方面的良好效果。
五、选择搭配的注意事项
数据中心规模考量
对于大型数据中心，设备众多且对供电连续性和电能质量要求极高，通常建议选择大功率、高性能的在线式UPS，搭配具备大容量、多支路且智能化程度高的配电柜，这样才能满足海量设备的用电需求，同时方便对复杂的供电线路进行精准管理和监控。例如，像那些服务全球用户的超大型互联网企业的数据中心，要保障数以万计的服务器等设备稳定运行，就必须采用这种高标准的搭配组合。
而中型数据中心，可根据实际业务对电力的敏感程度，选择在线互动式UPS或者性能稍好的离线式UPS，配电柜则要能满足分区合理、负载分配灵活的要求，确保能应对不同区域、不同功率设备的供电需求，像中型企业的数据中心或者学校的机房等场景适用此类搭配。
小型数据中心，由于设备相对较少、功率需求不大，从成本角度考虑，离线式UPS搭配功能相对基础但实用的配电柜即可，能保障基本的断电保护和电能分配功能，满足如小型电商企业、小型办公场所机房等的用电需求。
设备功率因素
在选择UPS和配电柜搭配时，要对数据中心内所有设备的功率进行详细统计和分析。比如，服务器如果是高性能、高功率的型号，就需要UPS有足够的输出功率来支撑，配电柜也要有相应的支路能承载大电流，确保电能稳定输送到这些高功率设备上；对于功率较小的辅助设备，配电柜可以设置不同规格的支路进行合理分配，避免大马拉小车或者小马拉大车的情况出现，保障整体供电系统的高效与安全。
未来扩展需求
数据中心通常会随着业务发展进行设备扩充和升级，所以在选择UPS与配电柜搭配时，要预留一定的扩展空间。例如，配电柜的支路数量、容量要考虑到未来新增服务器、存储设备等的用电接入；UPS的功率也要具备一定的冗余，方便后续增加负载时仍能稳定供电，避免因业务拓展而频繁更换设备，增加成本和影响数据中心的正常运行。
——摘自海联新微信公众号
