數據中心配電架構的研究

杜 麗

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

在信息技術高速發展的基礎上，數據中心配電架構面臨嚴重威脅的同時，也擁有著重要的發展機遇。在用電方面，數據中心需要滿足用戶的不同需求。借助互聯網技術改善配電架構現狀，以創建數據中心為目標，在同一個空間內實現信息集中處理、傳輸、交換、存儲以及管理等，為用戶提供高質量服務。在信息爆炸時代，數據呈指數級上升趨勢，具有復雜性特點。為了滿足用戶的用電需求，需要以處理大量數據信息為基礎，深入研究數據中心配電架構。

1 數據中心配電架構概述

數據中心配電系統主要包括中壓配電系統、低壓配電系統、不間斷電源配電系統、柴油機發電機組系統等。中壓配電系統由若干個UniGear ZS1組成，一個UniGear柜包括REF_54_控制屏、六氟化硫氣體斷路器和接地操作柜等部分，具體結構如圖1所示。

圖1 UNIGEAR ZS1結構

在UniGear ZS1結構中，柜體發生爆炸時，氣體可以從結構上方排出，相關工作人員在側面工作，處于安全狀態。

低壓配電系統主要由配電變電所、高壓配電線路以及控制保護設備組成，分為IT系統、TT系統等，相關工作人員需嚴格監測其漏電問題[1]。

2 數據中心配電架構研究

2.1 不間斷電源系統

數據中心配電不間斷電源系統主要由市電引入、發電機組、變壓器等部分組成，能夠儲存能量。當發生停電事件時，可以利用不間斷電源維持充足電量狀態。采用不間斷電源可解決大型計算機網絡系統供電電網環境日益惡劣的問題，防止相關工作人員在工作過程中遇到斷電問題，避免數據丟失。針對市電引入環節，相關工作人員應使用高壓配電方式，利用高壓開關柜將市電向其他用電用戶引流，起到接收和分配電能的作用[2,3]。針對使用變壓器環節，相關工作人員利用電磁感應原理達到轉換電壓的目的。數據中心一般使用干式變壓器，用以接收電能。針對輸出配電柜，相關工作人員需要使用蓄電池實現不間斷供電目標。不間斷電源工作原理是在正常供電基礎上通過交流電壓和直流電壓轉換的方式不斷給蓄電池充電，當無法正常供電時，利用蓄電池提供電能，保證數據中心的正常供電，提高配電架構的利用率。

2.2 高壓直流系統

高壓直流系統是一種先進的數據中心配電架構，主要由交流配電屏柜、直流配電屏柜、配電監控單元以及機柜等部分組成。與不間斷電源系統相比，高壓直流系統采用高頻技術，效率更高且結構簡單。此外，高壓直流系統還采用了模塊化設計原理，供電方式比較靈活。

相關工作人員在采用高壓直流系統的基礎上，可以將其放置在列頭柜位置，節省機房空間。當其出現故障時，影響范圍相對較小。高壓直流系統具有高效率的特點，相關工作人員可以根據高壓直流系統實際負載情況配置適當數量的整流模塊，以此提高負載率和系統效率。除此之外，高壓直流系統具有可靠性特點，其整體結構比較簡單。在整體系統出現故障問題時，蓄電池依舊可以保持供電狀態，故障頻次比較少。高壓直流系統結構如圖2所示。

圖2 高壓直流系統結構

高壓直流系統安全性較高，在相關工作人員工作過程中可以保證其人身安全。以高壓直流輸電（High Voltage Direct Current，HVDC）整流模塊為基礎，利用HVDC模塊休眠特點，當數據中心出現波動等問題時，高壓直流系統可以提供一個緩沖時間和吸收作用力，以此保證高壓直流系統供電穩定性和高效性[4,5]。

2.3 巴拿馬電源系統

巴拿馬電源系統主要由變壓器、低壓配電柜、進線柜、壓變柜、整流屏以及直配屏等部分組成，輸入電壓為交流10 kV，輸出為直流240 V，同時配備蓄電池組為設備提供電能。巴拿馬電源系統的核心設備是移相變壓器+整流器，需要經過降壓和整流過程。巴拿馬電源系統構造如圖3所示。

圖3 巴拿馬電源系統構造

在巴拿馬電源不斷發展的過程中，逐漸趨向于分散供電模式，能夠提高供電效率，適用于互聯網企業[6]。

3 數據中心配電架構發展趨勢

信息時代背景下，信息化技術發展速度較快，傳統數據中心配電系統存在系統復雜等問題，相關專業人員致力于解決這些問題，以推動數據中心配電架構發展。數據中心配電架構向模塊化配電、應用鋰電池、綠色發展和邊緣數據中心等方向發展，具體分析如下[7]。

3.1 模塊化配電

模塊化配電是一種高效配電方式。數據中心是一項重要投資內容，為了加快部署速度、減少占用空間、提高靈活性，可以利用模塊化配電實現。模塊化配電方式可以有效節省占地面積，提高機房利用率。將傳統配電環節中的中壓配電、變壓器以及低壓配電等融合在一起，簡化配電環節，相關工作人員可以將相關儀器放置在任何地方，不需要為其設置專門機房，有效節約資源。除此之外，模塊化配電可以實現快速部署目標，縮短施工周期。相關工作人員可以通過模塊化配電方式提前制定解決方案，從而提高工作效率和工作質量[8]。

3.2 應用鋰電池

應用鋰電池是數據中心配電架構發展趨勢。電池是數據中心配電架構的重要組成部分，對數據中心配電架構工作效率有著直接的關系。傳統數據中心配電架構中主要應用蓄電池，以400 kVA不間斷電源為例，若所需供電時間為30 min，相關工作人員需要設置4～6組鉛酸電池，占地面積約為6 m2，占地面積較大，并且要專門為其分配一個完整的工作室，不利于節約資源。同時，相關工作人員需要調整室內溫度，以保證蓄電池可以順利工作。在長期工作后，蓄電池容易出現浮充狀態，隨著充電和放電頻率不斷增加，其效率逐漸下降。針對蓄電池使用中存在的問題，相關工作人員可以用鋰電池替換鉛酸蓄電池，以此節省空間資源，有效降低數據中心成本支出，實現高質量工作目標[9]。

3.3 綠色發展

在社會不斷發展過程中，綠色發展成為各個行業發展的中心理念。針對數據中心配電架構發展問題，相關工作人員應控制眾多分布式能源，充分發揮不同地區能源的作用，滿足用戶需求。數據中心是交流電和直流電負荷并存的高能耗負荷中心，其工作過程中容易出現眾多不利于環境健康發展的因素，相關工作人員應將綠色能源接入數據中心，將其低壓配電側設置為直流配電母線和交流配電母線，分別向數據中心直流設備和交流設備提供電能。通過這種方式降低數據中心危害性，提高供電效率，將數據中心配電系統發展理念與綠色健康發展理念相統一，推動社會不斷發展。

3.4 邊緣數據中心

在信息化社會，數據中心由集中式架構轉變為分布式架構，大多數機房無法放置油機，出現異常斷電問題時，相關工作人員無法保證機房處于正常狀態，不能滿足數據中心需求。為應對數據中心配電架構所面臨的挑戰，相關工作人員需要匹配業務融合需求，構建一體化供配電架構模式，同時建設邊緣數據中心，利用高度集成模塊方式解決數據中心發展問題[10]。

4 結 論

在信息技術高速發展基礎上，數據中心配電系統發展面臨重大挑戰。除了不間斷電源系統、高壓直流系統以及巴拿馬電源系統外，數據中心配電系統還擁有其他模式，相關工作人員需要將綠色健康發展理念融入到數據中心配電系統優化完善工作中，從而推動數據中心配電系統實現高速發展。