日期：2022-08-15
随着通过软件实现IT容错的持续改进，更多倾向于采用N+1冗余的UPS架构，而非2N架构。一般而言，实现N+1冗余配置的常见方式有两种：将多个单一UPS并机或部署一个包含多个内部模块的UPS主机，以实现N+1冗余。在本系列文章中，我们将对内部“模块化”冗余UPS和并机冗余UPS之间的主要权衡项进行量化。此外，我们还将讨论了容错在UPS内的重要性，以确保满足可用性、可靠性和可维护性的需求。
简介
根据所支持负载的关键性，采用不同的冗余等级。双路架构（例如，两个独立的电源路径）能够确保最高等级的可用性，在任一系统进行维护或发生故障时亦无需停用负载。
我们会发现在IT层面通过软件实现容错的情况越来越多，随着虚拟化和超融合等技术的出现，服务器宕机不再意味着IT任务随之中断。如果一台物理服务器由于上游故障而出现宕机，或按计划进行停机维护，那么能够将业务功能迁移到另一台服务器、另一个IT区域、另一间IT机房或另一个完全独立的设备。
在多种讨论场合，“N+1”一词可能用来指代多种UPS配置，以下的关键术语定义旨在阐明三个特定“N+1”配置之间的区别：
N+1冗余：一种在组件发生故障时保证系统可用性的灵活方法。组件（N）至少有一个独立的后备组件（+1），简单来说，N代表需要的总数，+1代表有一个备用的组件。
串联冗余：一种特定的N+1配置，在这种配置下，通常由一个“主”UPS模块给负载供电。这种配置要求主UPS模块为静态旁路配置单独的输入电源，“串联”或“次要”UPS向主UPS模块的静态旁路供电，且完全保持空载。
并联冗余：一种特定的N+1配置，它由多个同一规格的UPS模块并联在一根公用输出母线上组成，并联冗余系统要求UPS模块的容量和型号相同。
内部“模块化”冗余：一种特定的N+1配置，由于没有相同的命名结构，该词是本文中定义的新术语，在这一配置下，“+1”发生在UPS架构内，通常出现在功率模块层，在这一配置下，共用同一个背板、控制系统和电池设备。
在本系列文章中，我们重点比较并联冗余和内部“模块化”冗余，这两种N+1配置中的“+1”组件都是工作的（而非待机状态），图1从概念上说明每种情况下“+1”组件的位置。
图1 并联冗余和内部“模块化”冗余在概念上的差别
具体的配置信息
为突出各权衡项的区别，我们选择一台不带冗余的UPS与N+1冗余UPS进行比较，因此分析中使用三种具体的配置，在这三种情况下，我们选择1MW作为额定容量。
1
作为比较基准的1N配置：一台不带冗余的1000kWUPS（由四个250kW的“内部”模块组成），是一种基本的配置情况。
2
内部“模块化”N+1冗余配置：一台模块化的1000kWUPS，由5个250kW的“内部”模块组成（4个构成全部容量，1个作为冗余）。
3
并联N+1冗余配置：3台500kW的UPS“主机”配置为并联冗余（2台构成全部容量，1台作为冗余）。
在1N UPS设计中，任何组件故障都需要将负载转移至UPS旁路或外围旁路，最简单的例子就是由一个单一额定的UPS为负载供电。有些UPS设计为模块化、可扩展模式，而有些UPS则为固定容量，我们所分析的1N UPS采用模块化设计，在其单独的主机内由四个250kW的模块组成，达到1000kW的额定容量，通过同时并联多个单元也可构成1N架构，从而达到所需容量，图2显示的是我们所分析的1N UPS。
图2 作为比较基准的“N”配置
正如我们在基准配置中所描述的一样，模块化UPS通过添加一个额外的功率模块，也能提供N+1冗余，请参见图3。这种内部模块化N+1冗余配置其实就是在基准配置以外增加第五个250kW模块即可，电池系统由四个并联电池组组成，每个电池组带有各自的断路器，因此一个电池组故障不会导致整个电池系统瘫痪，如图所示，UPS输出母线和电池（直流）母线为所有模块公用，因此其代表了UPS系统的单点故障，需要转换到外围旁路。
图3 内部“模块化”冗余配置
图4所示的是我们所分析的并联N+1冗余配置，在这一配置中，三台独立的UPS一同并联，共用一条输出母线，每个UPS的容量是500kW，所以第三台UPS即为“+1”冗余。如图所示，每台UPS均带有一个并联冗余配置，且有其各自的电池系统（每台UPS由3个并联电池组组成），可提供额外的冗余等级，而这一冗余等级在模块化UPS中并未提供。UPS输出母线仍代表单点故障，除了这一配置，在另外两种配置中，输出母线位于UPS外部，需要在现场进行安装。
图4 并联冗余配置
请注意，有时候并联冗余UPS会部署公用电池组，这么做的优势是节约了成本（电池支出费用更少），但这种配置从容错性/可靠性上来看，更类似于内部“模块化”配置（此分析方法遵循的假设是每台UPS均使用独立的电池系统）。
这一期我们就介绍到这里，后续我们一起学习剩余内容～
