摘要

擴展傳統 UPS 系統的電源容量會產生隱藏成本，其結果可能是得不償失！可擴容 UPS 系統可顯著降低數據中心和網絡機房物理基礎設施的總擁有成本 (TCO)。本白皮書介紹擴展傳統 UPS系統所存在的弱點，并講述基于機架式的可擴容系統如何能克服這些弱點。同時，對這兩種方法的成本因素進行說明、量化和對比。

簡介

正如 APC 的 6 號白皮書“確定數據中心和網絡機房基礎設施的總擁有成本”中所述，不間斷電源 (UPS) 系統設計上的可擴容性可以大大降低總擁有成本。這是因為，數據中心中安裝了更多設備后，通過這種可擴容性可靈活地調整基礎設施的規模，從而滿足相應的關鍵負載要求。

雖然在 APC 6 號白皮書的總擁有成本財務模型中并未提及可擴容 USP 系統帶來的經濟效益，但如果能在不停機且直接在運行狀態下擴展 USP 系統以滿足負載的增長，則無疑可以為實施此策略的公司直接創造利潤。本白皮書對采用傳統類型 UPS 進行 UPS 容量擴展的實際成本，與采用可擴容 UPS 系統的成本進行了比較。

案例：兩種擴展方法

某 IT 管理人員面臨以下問題：為一個 4800 平方英尺的數據中心設計一個 N＋1 UPS 系統，且終擴展容量為每平方英尺50W。這意味著 UPS 電源的總負載終會達到 240kW，且應具備足夠的冗余容量，以便可以取出其中一個電源模塊進行保養，或在故障維修過程中仍保證正常供電?，F在有兩種方案可供選擇：傳統系統或基于機架式的可擴容系統。對于傳統系統，可以通過在并聯總線上添加傳統的 UPS 電源模塊來提供一定程度的可擴容性，但必須在原來的電源上購置一個并聯轉換器，且新增的電源模塊應具備足夠的電源處理容量，以使終的 UPS 系統配置能夠達到滿負荷電源處理容量需求。而基于機架式的可擴容系統，不僅同樣可以隨負載的增加擴展電源容量，還能避免因購買大型并聯系統機柜而使得成本提高。

傳統解決方案

為了小化項目的前期成本，IT 管理人員計劃通過分階段購買系統來實現傳統系統的可擴容性。為了比較這兩種方法的成本，假定負載每次遞增 80kW。一開始采用兩個容量為 80kW 的傳統 UPS 模塊，按照 N＋1 配置，用其中任意一個模塊來為初的80kW負載供電。當負載增長至超出冗余系統的 80kW 容量時，管理人員計劃再安裝一個 80kW 的模塊，以滿足將增至 160kW 的負載容量需求，同時保持 UPS 的冗余容量。隨著負載的后一次遞增，將安裝后一個 80kW 的 UPS 模塊，此時總容量達到40kW，其中包括 80kW 的冗余模塊。于是，傳統 UPS 系統的終配置為 4 個并聯的模塊。該方法充分體現了傳統 UPS 系統一定程度的可擴容性。在傳統系統的終電源配置中，所需的所有并聯設備的成本均包括在初的購買成本中。

另一種方案

出于商業決策方面的考慮，提出了另一種類似的方法，即使用基于機架式的可擴展 UPS 系統。為滿足初80kW 的負載需求，一開始需要購買一個容量為 80kW 的設備，但基于機架式的可擴容系統在該設備內部包含了一個容量為 10kW 的冗余電源模塊，因而無需購置另一個 80kW 的設備即可提供 N＋1 配置。由于可擴容系統不需要大型的并聯分布式電子設備，所以這部分成本可以節省下來。當負載超過 80kW 時，再購買一個設備，其輸出正好用于新增的負載。該設備也具有內置 N＋1 冗余模塊。當數據中心負載增長到大容量時，安裝第三個 80kW 設備，該設備同樣具有內置 N＋1 冗余模塊。

無論是采用基于機架式的可擴容 UPS 系統還是傳統 UPS 系統，兩種方法的結果看起來差不多。誠然，如果傳統 UPS 系統的組件成本能低于 N＋1 基于機架式的可擴容系統的組件成本，那么，繼續使用傳統系統的商業決策是無可厚非的。但是，該策略存在很大問題。

規模增長的代價

IT 管理人員在面臨兩種設計方案的選擇時，必須考慮系統容量的擴容方式及其對 IT 運營的影響。傳統 UPS 系統上安裝有使所需模塊（以實現可擴容性和冗余性）并聯的設備，并具備一個公用的連接點，各個模塊的輸出便通過此連接點連接到負載分配電柜上。這就是“總分電柜”，用于連接各個 UPS 模塊所提供的電量。在系統初的試運行階段中，將對模塊的并聯、負載分擔以及冗余能力進行檢驗。如果要在傳統系統中添加模塊，則必須斷總開關的電源，以便安全地連接新模塊，而且必須再次進行試運行，以重新檢驗整個新系統的功能。為了實施上文中所述的傳統系統擴容計劃，需要關閉關鍵總線電源至少兩次。如果不出意外的話，一般情況下連接并測試傳統 UPS 擴容模塊所需的停機時間為 24 小時。因此，要使用傳統 UPS 設備進行擴容，IT 管理人員必須考慮中斷 IT 運營至少兩個 24 小時這一成本。成本包括：

·損失的處理時間。

·關閉服務器/處理器電源的技術人員成本。

·將對操作系統的影響降至低的應用程序成本。

·客戶管理會議時間。

·管理規劃會議時間。

·意外事故規劃時間。

·打開服務器/處理器電源的技術人員成本。

·檢驗操作系統是否恢復的應用程序成本。

·大規模試運行成本（必須檢驗擴容后 UPS 系統的全部輸出，因而還需要為負載配置纜線、儀器儀表、專業技術人員等）。

這便是擴展傳統 UPS 系統所不得不付出的“代價”。

成本估算

擴展傳統系統需要停機兩個 24 小時，其成本可做如下估算：

假定：

1.只對低級應用造成小經濟損失，保守估計停機成本為 $10,000/小時。（在某些關鍵應用中停機成本估計為 $500,000/小時，對于某些財政機構中則更高。）

2.IT 管理人員對此過程很熟悉。

3.由于在系統設計初期已考慮到了技術細節，時間僅用在管理過程變化和協調資源上，因此管理時間可以縮至短。

4.技術人員是外包人員，與 IT 設備提供商簽訂有服務協議。

5.由于只涉及公司眾多意外事故計劃中的停機方面，因此意外事故規劃工作可以簡化。

6.應用程序是為 IT 設備上運行的商業應用程序提供軟件支持的外包人員。

表 1 列出了擴展傳統系統容量的成本明細。

經過對各項停機成本進行分析之后，可以得知，傳統擴容解決方案必須在初期投入的基礎上至少增加 $51,200的附加成本。該成本可為完成所需的兩次完整停機提供基本的技術服務。

一種更簡單的方案

IT 管理人員還可以采用基于機架式的可擴容 UPS 系統來實現擴容，這樣可將對運營的影響降至低。這種系統根據數據中心內的負載而設計，每個 UPS 專為某個機架或某個區域供電。只要在初的數據中心結構之上為擴容系統供電（傳統系統模塊也必須如此），則在安裝和測試擴容后的 UPS 系統時，只會對現有的運營造成微不足道的影響。由于不需要測試并聯功能，而且每次測試的容量限定在 80kW 內，因此容量擴展后的系統可以使用較小的負載儲備來進行負載測試。而且，因為不需要采用公用總配電柜來連接供電模塊，所以無需停機。每個 UPS 系統的關配電柜均為它所供電的 80kW 負載所專用。

可擴容系統的擴容成本要小得多（見表 2）。因為系統擴容時無需斷開現有負載的電源，因此，擴容工作可以在非高峰時間進行。

表 2 ―擴展基于機架式的可擴容系統容量的成本

在本例中，安裝一個基于機架式的可擴容系統的附加成本合計為 $8,200。該方法與前一種方法相比主要的區別是避免了停機，但即便排除停機成本的影響，其原始成本也比傳統系統低 84％。

結論

在數據中心設計方案中增加 UPS 系統時，除了對競爭系統的標準總擁有成本進行分析之外，還應考慮附加成本因素。如果采用傳統系統來實現 UPS 設計的可擴容性，則必須仔細規劃因集成標準 UPS 模塊而大幅增加的成本。并聯系統容量擴展的技術特點決定了該方法必須停運數據中心，因而造成了大量的停機成本，而采用基于機架式的可擴容 UPS 系統則可避免這一成本。后一種方法不僅可以輕松實現升級，而且幾乎不會對現有的 IT 處理應用造成影響，從而避免了在傳統系統中規模增長所付出的代價。