数据中心机房供配电模式2N、DR和RR对比分析-2020

1、A 级机房供配电模式 2N、DR和RR对比介绍目录1.概述 31.1 数据中心的分类和标准 31.2 A 级数据中心供配电措施 31.2.1 A 级数据中心供配电系统 41.3 三种供配电方式： 2N、DR 、RR 51.3.1 2N 配置 51.3.2 DR 配置 61.3.3 RR 配置 61.4 三种供配电方式可行性分析 71.5 三种供配电方式建设成本、运行成本对比分析 91.6 三种供配电方式系统架构、物理隔离、运维难度分析 92 结论 101.概述供配电系统是数据中心的核心组成部分，是保障 IT 设备正常运行的基础条 件，是机房规划、建设、运维的重点组成部分，具有专业性强、组成系统

2、较多、 较复杂的特点， 在机房建设时应高度重视， 确保满足规范要求， 在运行过程中应 加强配电系统的管理工作，重视日常监测和应急演练，确保能安全稳定运行。1.1 数据中心的分类和标准在不同的场所、机构根据其性质、 重要性以及网络中断后造成的损失和社会 影响将数据中心分成三个等级，即 A、B、 C 级，分别为容错型、冗余型、基本 型。这三个等级根据不同的机房级别、分级依据，提出不同级别的配电要求。 A 级机房主要是系统一旦中断会造成重大的社会影响、 严重的经济损失， 导致公共 场所秩序严重混乱等，一般为国家级信息服务机构，如信息中心、大城市机场、 银行总行、电台电视台、 应急指挥中心等。 此类非

3、常重要的信息中心达到的配电 要求必须是不因配电设备故障、 维护和检修等原因导致其电子信息系统中断， 达 到容错标准。 标准为：高压两路主供电源互为备用电源， 每路电源还应配备一套 备用电源； 在主机房配电方面必须采用专用的供电回路或专用电力变压器； 信息 设备采用专用的 UPS 双路供电，互为冗余； 末端负载必须为双电源供电。 B 级 机房主要是系统中断后会造成较大的损失， 会使公共场所的秩序混乱等， 一般为 省部级信息服务机构或办公单位， 如国际会议中心、 高等院校、 三级医院以及交 通指挥中心等。此类信息中心的机房应达到的配电标准为不因配电设备故障而导 致电子信息系统运行中断， 达到冗余标

4、准。 标准为：高压两路主供配电互为备用， 具备一套备用电源；在主机房配电方面，采用专用供电回路或专用电力变压器； 信息设备供电必须为专用 UPS 双路供电，互为冗余；末端负载必须为双电源供 电。 C 级机房主要适用的是除 A、B 级以外的地方，其配电原则是不用容错、 冗余措施，在配电设备正常的情况下保证电子信息系统不中断。1.2 A 级数据中心供配电措施A 级数据中心必须具备较高的可靠性，因此，计算机系统设备、电力系统 也都应同时达到容错级，从而实现整体的高可靠性，达到 99.995% 的标准。数 据中心机房的供配电系统应同时存在两套独立全容量变压器、发电机、 UPS 供 电。本文结合日常数据

5、中心设计和运维情况，根据 GB 50174-2017 数据中心 设计规范、 TIA-942 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers 和 UpTime 中对数据中心的相关规定。 A 级数据中心应满足容错要求， 可以采用 2N 系统，也可以采用其他避免单点故障的系统配置。1.2.1 A 级数据中心供配电系统A 级数据中心供配电系统应符合下列规定：(1) 应由双路电源供电，并应配置 10kV 或 0.4kV 备用电源；备用电源可 采用柴油发电机系统，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。(2) 低压配变电系统宜

6、采用 M (1+1 )冗余(M=1、2、3),系统主接 线应采用单母线分段，并应设分段开关。(3) 低压配变电系统依据其工作特点可采用 DR、 RR 系统配置。2N配置就是有2组UPS互为备份，当1组UPS出现故障，另一组UPS 仍然能保证 IT 设备的正常运行。 DR配置即有3组低压配变电系统互为备份，当其中 1组系统出现故障， 利用剩余 2 组系统供电，保证后级设备的正常运行。 RR配置即有1组低压配变电系统为其他几组系统冗余备份，当其中1组系统出现故障，利用备份系统供电，保证后级设备的正常运行。(4) 不间断电源系统应按2N或M (N+1 )冗余(M=2、3、4)配置， 当满足下列要求时

7、，可采用不间断电源和市电电源相结合的配置方式。(5) 不间断电源系统电池备用时间应不小于 1 5min 。 不间断电源系统需保证市电失电、发电机组正常供电之前的系统不间断运行。后备时间主要包括两路市电停电、 发电机组延时启动、 发电机组启动成功及并机完成时间、市电与发电机组转换时间。(6 )机房设备用空调系统配电应由双路电源供电，冷冻水循环泵及末端空调宜采用不间断电源供电。(7 )容错配置的配变电系统、不间断电源系统等，应分别布置在不同的物 理隔间内。1.3 三种供配电方式：2N、DR、RR1.3.1 2N 配置1、机房等级2N配置，满足GB50174-2017数据中心设计规范中 A级机房要求

8、；满 足UPTIME中T4等级机房要求；满足TIA942中T4等级机房要求。2、配置特点UPS变压器2N供配电系统架构2N配置系统示意图2N配置就是有2组UPS互为备份，当1组UPS出现故障，另一组UPS 仍然能保证IT设备的正常运行。2N配置，设备占用空间多，日常运行效率低，初始投资多，操作维护简单优点是结构简单，易于维护1.3.2 DR 配置1、机房等级DR配置，满足UPTIME中T4等级机房要求。GB50174-2017数据中心设计规范和TIA942未提及这种配置。2、配置特点市电电添备川电躁市电电霭11111iflkvK4i1 1!1t ILOkV ATSQkV ATS10kV ATS

9、)4I俎£器J-论-;藜濤1_L1丄UPSLTSUPSffi 2 UK供配电系统贺构越唤轨DR配置系统示意图DR配置就是有几组UPS互为备份，当其中1组UPS出现故障，利用剩余 的UPS供电，保证IT设备的正常运行。DR配置，设备占用空间少，日常运行效率较高，初始投资少，操作维护较 复杂，电缆路径的物理隔离较困难。优点是运行效率高，节约投资。1.3.3 RR 配置1、机房等级RR配置，满足UPTIME中T4等级机房要求。GB50174-2017数据中2、配置特点'r.U UM10kV ATSLIT孤栽ITuiIT煲載d t魁3 RK供配电系统烫构RR配置系统示意图RR配置就是

10、有1组UPS为其他几组UPS冗余备份，当其中1组UPS出 现故障，利用备份UPS供电，保证IT设备的正常运行。RR配置，设备占用空间较多，日常运行效率较高，初始投资较多，操作维 护复杂，需要大量的STS。优点是投资较少，效率较高。1.4 三种供配电方式可行性分析供配电系统可用性的定义是指在规定时间（一年或设计寿命）内系统可以正常使用的时间与总时间之比，可用性计算公式为：式中：MTBFMean Time Between Failure，表示系统平均无故障时间；MTTRMean Time to Repair，表示平均维修时间。对于单台设备或者单个环节的可用性同样可以用A（t）来表示。实际中，每个配

11、电系统均有所不同，对整个供配电系统进行整体分析十分困难，且难以进行归类分析。因此，研究人员常常采用将供配电系统进行分解，然 后根据系统组成将其分解为一个个的模块或设备，再在已知模块或设备可用性的 基础上进行供配电系统可用性计算。(cl)串联型(a) Srrie*s ly|w(b)并联型(b) Parallel lyjK*根据供配电系统的特点，可以将数据中心供配电系统分解为由串联型或并联型模块组成的系统。串联型和并联型模块示意图如图所示，图（a）表示串联型模块，该模块的可用性为：A (t) = AO X A1 X A2 ;图(b )为并联型模块,该模块的可用性为：A (t) = AO X A3

12、+ (1 - A3 )X A4配电系统分解类型供配电系统模块可用性:设备或系统名称可用性备注市电0.999 703 200 000 000 0中国电力企业联合会.2015年全 国电力可靠性指标（EB/OL ）柴油发电机0.999 928 361 900 000 0变压器0.999 972 603 490 315 0ATS0.999 943 780 430 000 0STS0.999 973 800 000 000 0带静态旁路的UPS0.999 942 844 720 000 0高压断路器0.999 999 894 406 404 0低压短路器0.999 999 856 000 000 0配电

13、柜0.999 978 000 000 000 01、可用性对比分别对2N、DR、RR三种架构的可用度进行分析，分析结果如下:系统名称可用度2N系统0.99999DR系统0.99997RR系统0.99994从可用度数值来看，2N、DR、RR三种架构的可用性大致相同，2N系统可 用性最咼。1.5 三种供配电方式建设成本、运行成本对比分析建设成本、运行成本（电费）对比分析如下（假设 2N系统为100）:系统名称建设成本运行成本（电费）2N系统100100DR系统91.499.1RR系统91.9106.5建设成本2N系统最高，DR系统比2N系统低8.6% , RR系统比2N系统 低8.1%。运行成本RR系统最高，DR系统最低。1.6 三种供配电方式系统架构、物理隔离、运维难度分析系统名称系统架构实现物理隔离运维难度2N系统简单容易低DR系统适中很难适