市電直供技術在數據中心的應用探討

馬雁序

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市電直供技術在數據中心的應用探討

馬雁序

中國移動通信集團設計院有限公司信息能源所，北京 100080

社會的不斷發展對供電企業的要求越來越高。為了能夠更好地提高供電效率，控制能源的消耗，提出了市電直供技術中市電/交流UPS和市電/336V直流兩種供電方案，探討了兩種方案的供電架構設計及電源設備選型要求，為市電直供技術在數據中心的廣泛應用提供指導。

市電直供；市電/交流UPS；市電/336V直流；構架設計；設備選型

引言

隨著“互聯網+”戰略的推進，信息技術得到進一步發展，大數據和云計算與各個行業進行了融合，從而進一步促進了各個產業的發展，為社會經濟的發展提供了基礎。為了能夠更好地確保數據中心供電效率，控制能源的消耗，近年來我們一直在研究數據中心供電節能技術并取得了很好的效果。

就目前的情況來看，我國不僅進一步推動高效率電源設備的應用，例如模塊化UPS電源、336?V直流電源等；同時也積極引進新型的供電技術，例如市電直供技術、分布式供電技術以及儲能技術等。隨著社會的不斷發展，對于電能質量要求越來越高，數據中心設備供電技術也逐漸改變，由2N交流UPS雙路供電逐步向市電逐漸發展，從而能夠進一步提高整體的供電效率，確保供電質量。具體見圖1。

1 市電直供技術定義

市電直供技術是指ICT設備一路采用市電直供，另一路采用不斷電源（UPS/HVDC）供電的供電方案，供電架構示意如圖2所示。

圖1 不同供電技術供電效率對比

圖2 市電直供架構示意圖

如果供電回路中一路出現故障，如市電供電異常（如電壓幅值或頻率異常）時，就需要進行電源的切換，從而保證供電的正常運行。市電直供技術具有非常重要的作用，不僅能夠有效地確保供電的可靠性，同時也能夠減少換流環節，控制能源的消耗，提高供電效率，目前達到98%。對于不間斷電源的選擇，市電直供技術主要分為兩種方案，即市電/交流UPS供電方案和市電/336?V直流供電方案。

1.1 市電/交流UPS供電方案

ICT設備內置電源模塊（PSU）按“1+1”配置，其中1個配置220?VAC/12?VDC模塊，主要使用220?V交流市電電源供電，而另外一個主要配置220?VAC/12?VDC模塊，同時使用UPS交流電源供電。對于這2個模塊主要作用是備用，攤鋪是能夠為12?V直流輸出端并聯給ICT設備進行供電。供電架構示意圖如圖3所示。

ICT設備通過管理2個PSU，能夠百分之百確保市電直供回路的供電。UPS交流供電主要是作為備份，而對于市電側供電效率也達到了98%，而直流側供電其效率的范圍在93%～94%之間。

圖3 市電/交流UPS供電架構示意圖

1.2 市電/336?V直流供電方案

ICT設備配置一樣，而另外一個是配置336?V?DC/12?V?DC模塊，同時使用336?V進行直流電源供電。這2個模塊的主要作用是備用，在12?V直流輸出端并聯給ICT設備供電，供電架構示意圖如圖4所示。

ICT設備通過管理2個PSU，能夠百分之百確保市電直供回路的供電，336?V直流供電也成為主要備份，市電側供電效率也達到了98%，而336?V直流側供電的效率為95%。

2 市電直供的電源設備選型要求

為了能夠更好地確保供電安全，提高供電效率，當ICT設備使用市電直供的時候，需要確保不間斷電源設備以及配電設備等方面滿足相關標準要求[1]。

圖4 市電/336 V直流供電架構示意圖

2.1 不間斷電源設備選型要求

如果使用UPS交流電源，首先需要進行交流電源的模塊化選擇，UPS的整流器必須具備相應的功能，同時確保整個電路開啟。如果市電供電回路出現異常情況，UPS就需要選擇啟動整流器，將其轉化為雙變換工作模式。

如果使用336?V直流電源的時候，整流模塊需要保證有休眠功能。市電在正常供應的時候，所有模塊都需要選擇使用輪巡的模式。如果市電供電回路出現問題，就需要使用相應的設備進行供電，保證整個模塊的順序，同時確保系統在10?s以內具有相應的功率，滿足實際的需求。

2.2 ICT設備電源（PSU）模塊選型要求

（1）雙路PSU主要模式有主備用以及并聯工作模式，從而能夠確保市電的直接供應。

（2）耐沖擊能力需要保證達到2?kV以上，同時對于特殊的情況需要選擇范圍在2.5～3?kV之間。

（3）保證供電電壓的范圍控制在﹣20%～15%以上。

（4）諧波：30%負載率，10%；50%負載率，8%；100%負載率，5%。

（5）功率因數：負載率30%～100%?范圍內，同時保證輸入功率因數小于之前。

（6）效率：白金級以上，40%～70%負載率范圍內必須要大于94%。

2.3 低壓配電設備配置選型要求

市供電回路配電必須要小于三級，特別重要的負荷主要為二級。

市電供電回路需要具有防電涌沖擊保護的功能，同時需要充分考慮防電涌沖擊、ICT設備電壓耐受之間的配合。如果不能夠有效地滿足電壓的需求，可以選擇使用TVSS。

ICP設備出現超前功率因數的時候需要做好補償工作。ICT設備輸入諧波如果達不到相關標準，就要求采取有效措施進行治理[2]。需要注意的是在進行補償和治理的時候都要在二級配電設備中進行。

ICT設備由一路市電和一路不間斷電源供電時，市電供電回路和不間斷電源供電回路都要從各個路段進行。如果是雙路進線，就要保證選取的母線對應相應的進線。

3 應用推廣建議

對現網服務器進行市電直供的時候，需要根據服務器A和B進行電源模塊（PSU）冗余設置，確保整體運行，保證均分供電。

對新建服務器A、B電源模塊PSU主備冗余設置的時候，需要將市電和與不間斷電源作為主要的供電。

ICT設備在進行采購的時候要注意：ICT設備交流輸入時，要求功率因數大于0.95，同時要求諧波含量小于5%，因此通常情況下ICT設備在上架之前就要做好設備的測試工作。

當ICT設備的各個因素不符合要求的時候，包括功率因數、諧波等，需要配置APF、SVG等補償濾波設備，從而確保整體的治理水平。

4 結束語

隨著社會的不斷發展，越來越多的通信電源新技術被應用，進一步提高了通信電源設備的可靠性。在實際應用中要做好數據中心基本規劃、設計工作，同時不斷更新建設人員和維護人員的觀念，完善相關規范和標準。目前，應將市電直供技術作為數據中心機房中非常重要的一種供電解決方式，重點加強對其的研究。

[1]黃焱，王鵬，謝高輝，等. 智能電網下數據中心能耗費用優化綜述[J]. 浙江大學學報（工學版），2016，50（12）：2386-2399.

[2]陸疆. 電力企業數據中心建設之我見[J]. 通訊世界，2013（19）：105-106.

Discussion on Application of Mains Direct Supply Technology in Data Center

Ma Yanxu

China Mobile Communications Corporation Design Institute Information and Energy Institute Co., Ltd., Beijing 100080

The continuous development of society is increasingly demanding power supply companies. In order to improve the power supply efficiency and control the energy consumption, the power supply/AC UPS and the mains/336V DC power supply solutions of the main power supply technology are proposed. The power supply architecture design and power supply of the two solutions are discussed in depth. Equipment selection requirements provide guidance for the widespread application of utility power supply technology in data centers.

direct supply from municipal power; mains/AC UPS; mains/336V DC; frame design; equipment selection

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