新型數據中心供配電系統(tǒng)設計的注意問題分析

◆張林沖

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司南京分公司 江蘇 210029）

新型數據中心供配電系統(tǒng)設計的注意問題分析

◆張林沖

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司南京分公司 江蘇 210029）

就數據中心來說，供配電系統(tǒng)是不可替代的。處于最重要的地位，它的作用就像心臟與我們人體之間的關系一樣，只有確保供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和安全性能，才能保證數據中心的各個設備都有穩(wěn)定可靠的動力來源。隨著新型數據中心的發(fā)展，其功率密度變大，對供電的要求也隨之增加，因此，科學合理地設計新型數據中心的供配電系統(tǒng)就尤為重要。本文主要闡述了數據中心供配電系統(tǒng)的分級和標準，并分析了設計數據中心供配電系統(tǒng)必須注意的要點，最后探討了新型數據中心供配電設計的重點要素，以供參考。

數據中心；供配電系統(tǒng)；規(guī)范化

1 數據中心供配電系統(tǒng)設計概述

數據中心的運行時間是：全天24小時不停歇工作。特點是：用電量較大；可靠性要求較高；電源品質要求較高。最常見運用的是電力系統(tǒng)中對電能進行發(fā)、輸、配、用中的配和用兩個要求。而且最重要的是要與電力系統(tǒng)維持一樣的水平。學過電氣工程的一般都知道，在供配電系統(tǒng)里，功率一般都是單向在流動著的，即按照電源端到用戶端的方向，通過利用一定的分配手段，達到它的目的，也就是把電力系統(tǒng)里的電能改變成用戶所使用的用電設備可以利用的電能。按照目前的數據看，它的電壓等級都會在在 35KV 或以下。因此對于供配電系統(tǒng)的設計，甚至于制定可行方案的話都應該考慮以下幾點：第一，所具有的用電量多少；第二，負荷的性質；第三，周圍區(qū)域供電的狀況。

2 數據核心供配電體系設想的根本準則

在設置數據中心供配電體系過程中，要按照我國與行業(yè)有關法律法規(guī)，還可以參照海外有關準則、標準，采納合適的技能舉措是要綜合思索數據核心用電負荷密度高、供電穩(wěn)當性需求高等特征。另外還有就是不得違背符合相關工程建筑機構法律法規(guī)的要求。 按照分區(qū)和分級的原則設置數據核心供配電體系，供電穩(wěn)當性是相同功效地域當中的各種設施，要確保全部設施依照該區(qū)域準則的需求運轉，同時把供配電體系部分故障礙的影響力，限制在很小的范圍內。 數據核心的特點有用電負載密度高、總量大，所以在供配電系統(tǒng)的設計過程中，一定要考慮到節(jié)約能源的方面，只有這樣才可以更大程度的減少能源消耗。

3 數據中心供配電系統(tǒng)的分級和標準

目前我國在數據中心供配電系統(tǒng)方面的設計標準非常多，有《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設計規(guī)范》、《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》、《計算站場地安全要求》和《通用用電設備設計規(guī)范》等標準規(guī)范。

通常情況下，對于數據中心的設計，應以數據中心的管理要求和使用性質為基礎，結合網絡中斷后引發(fā)的社會影響和經濟損失程度，來明確機房等級，然后以等級為標準，選擇合適的供配電系統(tǒng)。按照目前現行的《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》的要求，可以將機房分為容錯級、冗余級和基本級三級。國外對于數據中心供配電系統(tǒng)的等級劃分也各不相同，以美國為例，在《數據中心通信設施標準》中就將它們劃分成 Tier Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ不同的四個級別。

4 數據中心負荷分級

在高等級的數據中心中，IT 設備都是一級負荷中尤為重要的負荷。IT 輔助設備、消防設備通常作為一級負荷，其中 IT 輔助設備包括：冷水機組、循環(huán)水泵、冷卻塔風機、精密空調、新風空調、補水系統(tǒng)、安防控制等系統(tǒng) / 設備；消防設備包括：消防水泵、消防排煙 / 加壓送風風機、消防值班室、消防備用 /疏散照明設備等。三級負荷的有：一般辦公、清掃、檢修等。

5 數據中心工程供配電系統(tǒng)設計應滿足的要求

必須保證數據中心供配電系統(tǒng)設計的科學、合理、可行、安全。首先，根據數據中心的等級，A 類數據中心必須使用雙重電源供電；B 類數據中心建議采用雙重電源供電；C 類數據中心使用兩回路供電。

第一，要確保供配電系統(tǒng)具有可靠性。因此，在對供配電系統(tǒng)進行設計時，要謹慎考慮突發(fā)狀況，對于 A、B 級數據中心需配置后備柴油發(fā)電機系統(tǒng)，后備柴油發(fā)電機系統(tǒng)的容量應包括UPS 基本容量、空調和制冷設備的基本容量。

第二，良好性能質量的電能。電能質量的好壞的關鍵在于頻率與電壓兩個方面。所以，為了擁有一個良好的高性能的風險低的（即在任何方式下都可運行）電能，較好的方式便是使用在線式 UPS 供電系統(tǒng)，它可以解決停電問題。

第三，供配電系統(tǒng)的設計還應讓其變得更加方便和靈活。可以想象，假如在對供配電系統(tǒng)進行接線時既可以做到簡便，又可以保證滿足負荷的變化程度，并且可以快速、敏捷的從此狀態(tài)直接過渡到彼狀態(tài)，并在轉換的過程中不會輕易的出現錯誤的操作，可以確保能夠正常、方便的進行檢修與維護，那樣便更加方便了。

6 新型數據中心供配電系統(tǒng)設計的注意要素

通常情況下，數據中心供配電系統(tǒng)在前級會產生一定的損耗，包括不間斷電源系統(tǒng)、電力電纜、配電柜以及高、中壓變壓器等設備，例如不間斷電源系統(tǒng)的自身耗能或者并聯時的環(huán)流損耗，以及長距離傳送大電流時的損耗等。因此，在設計新型數據中心供配電系統(tǒng)時，需要關注的重點就是降低甚至避免這些損耗，具體而言，應注意采取以下幾種措施。

（1）合理規(guī)劃和布局供配電系統(tǒng)

通常情況下，供電系統(tǒng)的線路長度越長，損耗也就越大，如果電壓是380V，且供電線路的電阻為10Ω，那么產生的損耗為14.44kW，用電量基本等同于高密機柜設備的兩倍。因此，配電室和不間斷電源系統(tǒng)之間以及精密配電柜與不間斷電源系統(tǒng)之間的距離應盡量縮短，同時，以保證安全為前提，盡量使各級供配電設備的線路均為最短，從而有助于減少電纜傳輸過程中的電流消耗。

（2）供配電單元的設計要堅持規(guī)范化

如果需要切換柴油發(fā)動機和市電，必須選用擁有旁路功能的ATS（自動轉換開關），以從而保障檢修自動轉換開關時與切換電源不沖突。同時，不間斷電源系統(tǒng)和數據中心動力設備的回路都應各自獨立，前者為后者供電，并有手動和自動旁路裝置，且應留有余量。此外，應使用精密配電柜對電子信息設備進行配電，同時配備電流監(jiān)控、電壓監(jiān)控、防雷、遠程通信以及報警功能，安裝在用電設備附近，供配電系統(tǒng)還要具備可擴展性，便于預留容量以備用。

（3）優(yōu)化不間斷電源系統(tǒng)的并聯方案

當前不間斷電源系統(tǒng)中單機容量最大為1600kVA，無法滿足大型或中型數字中心的應用需求，因此，為了提高容量和可靠性，還需要并聯使用多臺不間斷電源系統(tǒng)，如果并聯系統(tǒng)中某臺或某幾臺不間斷電源系統(tǒng)出現故障，其他不間斷電源系統(tǒng)可以繼續(xù)保持供電。而如果采用 N+1 的主備模式，會導致不間斷供電設備閑置，而且并聯狀態(tài)下會出現環(huán)流問題，造成不間斷供電系統(tǒng)自身損耗的增加；如果采用 2N的供電模式，一方面能夠避免并聯環(huán)流產生損耗，另一方面均衡各不間斷供電設備，避免出現閑置和浪費現象。

（4）加強對模塊化不間斷電源系統(tǒng)的應用

應用模塊化不間斷電源系統(tǒng)，就是在不間斷電源系統(tǒng)主機系統(tǒng)的配置過程中嚴格遵循總公司需求，然后以實際負荷為依據配置不間斷電源系統(tǒng)模塊，倘若負荷提高，可用熱插拔的方式來增加功率相似的不間斷電源系統(tǒng)板塊。這樣不僅有助于降低不間斷電源系統(tǒng)的功耗，也有助于延長其運行生命周期。除了上述要素之外，還可以使用智能 PDU，通過運用網絡化和智能化的技術手段，來精準計量和檢測電氣參數，并采用聲光報警或短信通知等方式來對異常用電進行報警，幫助用戶實時了解機柜電源體系的用電情況，進而科學計算 PUE 值。

7 結語

數據中心供配電系統(tǒng)規(guī)劃設計中的科學性、合理性、可行性、安全性等會關乎到數據中心的運維效果。使用模塊化彈性架構進行設計，以及利用相關的節(jié)能方法，不僅數據中心相關需求得以滿足，而且供配電系統(tǒng)的損耗也會降低不少，數據中心供配電系統(tǒng)也將可以得到快速部署、簡便擴展、高效低耗運維等效果。

[1] 陳實．新型數據中心供配電設計要素淺析[J]．智能建筑電氣技術，2016．

[2] 包昀毅．數據中心供配電系統(tǒng)設計[J]．現代建筑電氣，2010．

[3] 黃林華．探討數據中心機房供配電設計要點[J]．城市建筑，2016．