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中小型企業的電力風險規劃與備援策略
 

【作者: 籃貫銘】   2017年12月01日 星期五

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既然電力緊繃是接下來7~8年的常態,企業勢必要準備好相關的因應策略,以備不時之需。而對於台灣以中小型企業為主的產業結構來說,做好機房與資料中心的電力備援系統則是關鍵。


電力管理系統方案供應商伊頓便指出,每間企業都必須仰賴電力,確保可靠的供電則是關鍵所在。停電將使企業承擔高昂代價,生產力、銷售量、甚至存貨都可能蒙受損失,因此必須徹底減少營運中斷的情況。但是,各種天災人禍都是不可預測的,所以針對電力供應與緊急狀況的備援規劃是不可或缺。


然而,每間企業的規模與組織型態不盡相同,因此所採取的策略也有所差異。伊頓表示,如果是中型企業,每小時損失成本可能較低,但對於業務的影響則可能大得多。因此停機的每小時成本計算方式差異極大,需將多項因素納入考量,例如企業類型、公司規模以及IT系統影響營收的重大程度。


電力危機的風險規劃

伊頓舉例:一間全球性的金融服務組織,可能平均每小時停機損失數百萬美元,而小型企業則可能只會損失些許生產力。此外,針對大型災難或區域型的災難也做好應變準備,否則將無法順利在災難期間展開復原流程,導致更多停機時間。


因此,對於企業而言,建立起針對斷電的風險管理稽核,將有助於組織預估災難的潛在衝擊,並找出方法減少容易遭受災損的弱點。


這項作業通常會包含關鍵負載稽核,目的是確認需要備用電源的負載項目。辨別潛在自然和人為威脅的可能後果,有助於評估所有因設備或區域基礎建設資源損失,而導致的實體及潛在財務的影響。


而在進行評估時,最好依據電力中斷的時間長短,列出不同的潛在影響,並運用這項資料研擬發生斷電意外事件時的因應計畫。此外,也必須涵括安全性稽核,並建立符合Sarbanes-Oxley和OSHA要求的零傷害修復程序。


規劃備用電源 導入UPS系統

而在緊急備用電源的規劃上,伊頓指出,永久性的現場本地發電是成本最高的方案,但卻同時能提供最高程度的保障。不過,伊頓也提到,本地發電能確保系統持續運作,但也將承擔更多維持系統運作的事務。常見的解決方案是將維護工作承包給合格的發電機經銷商。


除了可選擇備用電源設備租用供應商來建置緊急電源系統外,使用不斷電系統 (UPS)則是更經濟有效的解決方案。


伊頓表示,UPS裝置主要是在市電故障時,提供電力調節與備用電源,時間長度足夠讓重要設備正常關機,使資料不會流失,或維持必要的負載持續運作,直到備用AC電源(如發電機)上線為止。另一方面,UPS也可調節輸入電力,使常見的電力下降與突波不會損壞敏感的電子設備。


目前UPS主要有三種類型:單一轉換系統、雙重轉換系統、多模式系統。


單一轉換系統

所謂單一轉換,指設備在正常運轉時,系統會將輸入的AC市電送至IT設備。如果AC輸入供電降低至限值以下,UPS會利用其逆變器從電池汲取電力,並中斷AC輸入供電線路,以避免從逆變器反饋至市電。此時,UPS持續使用電池電力,直到AC輸入恢復至正常容許範圍內,或電池電力用盡。常見的兩種單一轉換設計為離線式與在線互動式。


離線式UPS可讓IT設備使用市電,直到UPS偵測到問題,屆時UPS就會切換到電池電力。離線式UPS的成本通常是所有UPS類型中最低的,但其無法透由電池產生正弦波輸出,而輸出梯形波或類正弦波,而這種波適合小型桌上型電腦,但大型伺服器、網路設備及儲存裝置,如果使用此種修正波形,可能會發生問題,甚至無法正常運作。


在線互動式UPS可視需要調節輸入的市電電壓,然後才讓電力傳送至受保護的設備。但是,此類型UPS如同離線式UPS,同樣透過電池來因應頻率異常的情形。


雙重轉換系統

雙重轉換系統則是指這些裝置會轉換電力兩次。首先,輸入整流器將AC轉換成DC,然後饋送至輸出逆變器。輸出逆變器將電力調節為AC,然後傳送至IT設備。此雙重轉換程序可隔離負載與原始市電,確保IT設備接收到純淨可靠的電力。


在正常運轉時,雙重轉換UPS會持續調節電力兩次。但是,如果AC輸入供電降低至定義的限值以下,輸入整流器將會關閉,而輸出逆變器仍繼續運作,並取而代之汲取電池的電力。


多模式系統

多模式UPS結合單一與雙重轉換技術,在效率與保護間達到理想的動態平衡。在正常情況下,它以高效率節能模式運行以提供最高效率。但是當發生電源問題時,它會立即自動轉變回雙重轉換模式,犧牲部分效率以提供最大程度的保護。當電力品質恢復到可接受的程度時,UPS會轉變回節能模式。



圖1 : 多模式UPS的內部設計(source:伊頓)
圖1 : 多模式UPS的內部設計(source:伊頓)

至於,該如何選擇適合的UPS系統?伊頓指出,主要依據各別公司對能源效率和裝置保護之間的取捨考量而定。


一般來說,單一轉換UPS的效率高於雙重轉換裝置,但提供較少保護。適合對於電力異常有較高容忍度的負載,或輸入電力較為穩定的地區。因此,離線式UPS(最基本的單一轉換UPS)通常是小型應用的最佳選擇,例如桌上型電腦及銷售點解決方案。


而在線互動式UPS通常適用安裝於AC市電相對穩定地區的小型伺服器、儲存裝置及網路設備;雙重轉換UPS提供與AC市電最高等級的隔離,雖然效率較低,但卻是保護關鍵任務系統的標準選擇,它也是電力環境不佳的場所(例如工業應用)最理想的方案。


至於多模式UPS的價格雖然可能比單一或雙重轉換系統來得高,但對於希望效率與保護能達到最佳平衡的公司而言,它是最佳的選擇。


模組化備用電源系統是資料中心的新選擇

而對於資料中心和擁有大型機房的企業來說,則可選擇新一代模組化的備用電源系統。它可利用現有的模組化套件,依據企業的發展規模量身定製,同時具備擴充能力。



圖2 : 模組化套件可依據企業的發展規模量身定製,同時具備擴充能力。(source: nationwidepower.com)
圖2 : 模組化套件可依據企業的發展規模量身定製,同時具備擴充能力。(source: nationwidepower.com)

伊頓指出,目前模組化是運用建構區塊,可供使用者加以新增、移除或重新部署,以便建立原始功能或流程的變更版本,做法包括以Pod、通用機架、虛擬化、可堆疊儲存陣列等方式進行擴增。


傳統上,許多資料中心選擇集中式電源保護策略,以大型獨立的UPS為整個資料中心供電。但隨著資料中心不斷演進,這類型的建置型式已不符需求。


近年來,許多資料中心已採用分區策略,亦即分成數個區域,並由各區所屬的UPS供電。相較於集中式UPS策略,這種方法不僅更具擴展能力,在UPS進行維護或發生故障時,只會影響單一區域,而非整座資料中心。


在這種分散式架構之下,每個機架組皆有專屬UPS,而UPS本身也採模組化設計,可依企業的需求隨時擴展規模。


伊頓表示,採用一排12kW UPS或50 kW UPS而非大型、獨立UPS來建立模組化系統,可提升可用性與維修能力,同時可滿足預算限制、因應持續的變化,降低總擁有成本。


至於有些業者希望以低成本的方式,結合分散式電力保護系統與現有集中式系統,以支援需要2N或更高可用性與維修能力層級的客戶,則混合式組態將是理想的選項。


電池也可採模組化配置

典型資料中心一年中可能只使用幾分鐘的電池電力,但電池備份仍然是維持商業連續性的生命線,對於電池壽命的需求亦持續升高。這表示電池模組化的程度必須與所支援的UPS一樣。



圖3 : 熱插拔電池模組在進行維修保養作業時,負載設備仍可受到保護。(source:伊頓)
圖3 : 熱插拔電池模組在進行維修保養作業時,負載設備仍可受到保護。(source:伊頓)

在模組化UPS中,內部電池可提供足夠的系統運行時間,無需增加任何額外的體積或複雜性。但是,如果需要更長的運行時間,則應選擇支援外部電池模組 (EBM)的UPS。


例如,8kW至60kW範圍內的UPS,可以增加一個3U電池EBM,其較內部電池具有更高的放電安培數。這些電池模組可放置在與UPS相同或不同的機架上,並插入至UPS模組的背面。一個單元最多可連接四個EBM,每個模組在完全負載時可增加將近5分鐘至34分鐘的運行時間,若負載較小則最高可達一小時或更久。


伊頓特別指出,彈性是採用模組化備用電源系統最大的優勢:企業可以只購買短期所需的功能,同時依以自己的步調擴展,無需每次使用新的平台,再者, 組件體積較小且更容易安裝,維護時可分隔小區域進行,無需關閉整座資料中心。


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