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UPS电源对系统可用性的影响
作者:ups020    发布于:2013-04-12 15:49:01    文字:【】【】【

简介

本文旨在介绍供电中断对于交流供电系统可用性和正常运行时间的影响,提供有关实际环境中正常运行时间的量化数据,包括UPS电源对于正常运行时间的影响。这些数据还涉及断电频率和持续时间的影响、设备的重启行为,以及UPS可靠性相关因素等。此外,本白皮书也将列举延长UPS运行时间对于提高系统可靠性方面的优势。

目前,对于IT系统正常运行时间的要求日益提高,通常会将可靠性目标设定为99.999%(5个9)。然而,众多因素都会成为系统实现这一高标准水平的阻力,交流供电的可靠性便是其中一个不可忽视的障碍。不过,交流供电可靠性和正常运行时间的关系表现得并非特别明显,而且不同地点的交流供电可靠性通常极为不同,也使情况进一步复杂化。

交流供电环境

有关交流电可靠性的标准化数据极为有限。不过,在美国进行了两次极为重要的交流电可靠性调查研究,一次是由ATT贝尔实验室完成的,另一次是由IBM完成的。另外,鉴于施耐德电气已达千万余台UPS系统的装机量,并且其中很多UPS能够将电源问题记录下来,因此我们在这方面也累积了一定的经验。

交流供电问题大致可分为三大类,分别是:

1.会导致负载设备临时停止运行的断电或电压过低情况
2.会导致负载设备临时中止或故障的瞬变电压
3.会损坏负载设备的瞬变电压

本文主要分析第一类交流供电问题,即断电或电压过低造成的影响。因此,我们的假设前提是1)该设备已受到浪涌抑制器或UPS正确保护,能够应对瞬变电压,或2)因交流供电问题而造成的实际宕机时间将比本文所述时间更长。

美国调查数据与施耐德电气多年积累的丰富经验相一致,要点如下:

1.在普通地点,每年造成IT系统故障的平均断电次数大约为15次。
2.90%的断电时长不超过5分钟。
3.99%的断电时长不超过1小时。
4.断电累计总时长大约为每年100分钟。

以上信息因地而异,在美国部分地区,如佛罗里达州(这一地区经常发生雷电现象),断电率要高出一个数量级。某些建筑物问题也会将断电率推高,甚至高达三个数量级。这些数据也能够体现日本和西欧的状况。根据这些信息,美国地区交流供电正常运行时间在99.980%左右,每年的宕机时间大约在100分钟。而要实现99.999%的正常运行时间目标,意味着每年宕机时间仅能控制在4.8分钟,因此实现这一目标的困难之处也是实实在在的。

设备行为对于正常运行时间的影响

设备应对断电的方式会大大延长实际宕机时间。在发生交流电断电时,设备一般会有以下三类应对方式:

1.在电力恢复后立即重启
2.在一定延时后自动重启
3.手动重启(人工干预)

如果选择手动重启,那么根据人员对于设备的服务水平的不同,会出现延迟。服务水平通常有以下三个级别:
1.有人值守:1小时响应
2.电话告警:4小时响应
3.无人值守:24小时响应

考虑到这些因素,交流供电问题而造成的设备宕机会变得非常严重,如下表所示。

表1设备行为对于系统宕机的影响:交流市电

UPS对于系统宕机的影响

在增加使用UPS后,会出现另外三种对系统宕机造成影响的情况,它们是:

1.如果断电时间短于UPS运行时间,可由UPS正常供电,消除了断电对系统的影响
2.如果断电时间长于UPS运行时间,延缓了断电给系统带来的影响
3.UPS本身有可能发生故障,造成断电

很明显,UPS的优势在于减少断电事件。当所安装的UPS不考虑设备运行或服务水平时,断电发生的次数就减少了,如下表所示(PA=N+1容错型UPS,如APCSymmetraPowerArray):

表2 UPS系统对于断电事故数量的影响

考虑所有因素,可以看出,添加UPS后,宕机时间会大幅缩短,但缩短幅度会在很大程度上受到提供给设备的服务水平和设备运行的影响。如以下三个表格所示:

表3 UPS系统对于系统宕机的影响:有人值守服务水平

表4 UPS系统对于系统宕机的影响:电话告警服务水平

表5 UPS系统对于系统宕机的影响:无人值守服务水平

UPS选择指引

根据以上数据,可以总结出一系列有关如何选择UPS来缩短宕机时间的普遍准则。

1.一台UPS有可能只是稍微缩短宕机时间,也有可能将宕机时间缩短三个数量级,具体取决于所选的UPS类型、设备运行和服务水平。

2.如果从原本使用可运行5分钟的UPS改用可运行1小时的UPS,宕机率一般能降低一个数量级。

3.为实现99.999%正常运行时间的目标,需要部署可运行时间在1小时以上的UPS或UPS配备发电机。

4.在无人值守地点,需要部署一个容错型(N+1)冗余UPS和一个发电机,才能实现99.999%正常运行时间的目标。

5.安装UPS后,需要手动重启的系统在延长正常运行时间方面受益最大。

结论

断电是阻碍实现99.999%正常运行时间目标(每年宕机时间仅为4.8分钟)的一个主要障碍。对于系统需要手动重启的远程地点来说,其宕机时间将达到4.8分钟的4000倍,而就普通公司部署的IT系统而言,其宕机时间则可能为4.8分钟的23倍。UPS能大幅延长正常运行时间,但如果希望实现99.999%的可靠性目标,可能需要部署更长时间运行的UPS或带发电机的UPS。

本文未涉及除断电外其它交流供电干扰对于正常运行时间的影响;电压过高和瞬变电压问题也会造成宕机次数增加,影响系统性能,因此也需要对它们进行预防。而使用UPS电源也有助于消除此类问题,所以UPS电源为用户带来的获益远不止本文中介绍的优势。

脚注信息
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