安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

 

摘要：首先對大型數據中心負荷進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究供配電系統的規劃要點(diǎn)，為大型數據中心的建設提供參考，具有一定的現實(shí)意義。 

 

關(guān)鍵詞：數據中心；供配電系統；規劃設計

 

       大型數據中心的建設具有很強的綜合性，涉及土建、機電、網(wǎng)絡(luò )、能源、消防等方方面面 [1]，因此做好科學(xué)規劃意義重大。 本文重點(diǎn)研究了大型數據機房規劃中供配電子系統，以期通過(guò)合理的規劃提高能源利用率，達到節能減排、安全高效的目標。

 

1 大型數據中心負荷分析 

       供配電系統是大型數據中心各類(lèi)設備的主要電力來(lái)源，而供配電系統的規劃必須與數據中心的建設規模和設備數量、類(lèi)型相適應，達到供電可靠的同時(shí)又實(shí)現了節能減排的目的。因此對數據中心的負荷情況進(jìn)行分析十分重要。

       負荷的分級：根據我國 2017 年頒布的《數據中心設計規范》（GB50174-2017），一般根據規模、性能、重要性等因素將數據中心劃分成 A、B、C 三個(gè)級別，其中 A 級，C級。顯然不同級別的數據中心，其供配電系統的設計是有區別的，但從應用的角度考慮，對于大型數據中心機房而言，無(wú)論是什么級別，都應保證在發(fā)生一次意外事故的情況下仍可正常運行。數據中心的供配電系統負荷也可以分為三個(gè)級別，考慮到機房中的大量服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )設備均要求連續不間斷工作，不允許供電中斷，因此大型數據機房大部分負荷都是一級負荷，要求采用雙電源供電。

       大型數據中心的主要負荷：大型數據中心最重要的負荷是數據生產(chǎn)交換設備，例如服務(wù)器、交換機、存儲器等，這些設備應保證任何情況下都不能斷電，因此必須作為特別重要的負荷來(lái)設計供配電方案，采用兩路市電進(jìn)線(xiàn)或柴油發(fā)電機等應急電源保證特殊條件下的連續供電。制冷設備也是大型數據中心的重要負荷，因為大密度的主機分布會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量散發(fā)大空間中使機房環(huán)境惡化，如果制冷設備由于斷電而停止工作，機房溫度將迅速上升，很容易釀成大面積的設備宕機或燒壞。所以制冷系統中涉及的空調主機、冷凍水泵、風(fēng)機等設備均屬于一級負荷中的特別重要負荷。數據中心的動(dòng)力設備允許出現短暫的電力中斷，但應該由 UPS 和柴油發(fā)電機等備用電源及時(shí)接續電力，也可認為是一級負荷中特別重要的負荷。另外，還包括消防設備和安防設備，均作為一級負荷中特別重要的負荷進(jìn)行供配電規劃。 

 

 

2 總體規劃要求 

       大型數據中心一般是對外開(kāi)放的商業(yè)性計算資源，為了滿(mǎn)足客戶(hù)需求，規劃時(shí)應保證其高可靠性和高安全性。對于*數據中心，必須做到7×24有人值守，不允許發(fā)生單點(diǎn)故障，要求很高的容錯能力。為了減少成本、提高收益，機房規劃應考慮經(jīng)濟性和可維護性原則，盡量減少初始投資和后期運維費用。大型數據機房由于工程浩大，因此需要滿(mǎn)足一定的靈活性和可擴展性，為數據中心的分期建設和分期投運提供保障。但數據中心的整體容量規劃以及結構設計必須一次性完成，避免給供配電系統的規劃帶來(lái)不必要的麻煩。因此，高壓配電系統的規范應與所申請的配額相適應，有針對性地確定供電系統的容量和變壓器型號。大型數據中心不允許出現設備斷電事故，因此應急電源配置要合理，本文采用雙路市電+UPS+柴油發(fā)電機的多層次應急供電方案。 

 

       高壓配電系統：從我國目前的數據中心建設情況來(lái)看，供電等級以 35kV/10kV/6kV/3kV 幾種類(lèi)型為主，以 10kV 的應用較為廣泛，具體等級根據實(shí)際需求進(jìn)行規劃。主接線(xiàn)的母線(xiàn)可選擇有匯流或無(wú)匯流方案，配線(xiàn)則采用放射型或樹(shù)型。高壓配電系統必須具備高可靠性，采用雙路電源并聯(lián)進(jìn)線(xiàn)，同時(shí)接入UPS 和柴油發(fā)電機等多種應急供電系統。變壓器必須采用容錯配置，采用雙路市電進(jìn)線(xiàn)，必要時(shí)采用雙備份設計。

       應急電源系統：應急電源系統規劃是大型數據中心供配電規劃的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。筆者推薦使用 N+1 配置柴油發(fā)電機，每組柴油發(fā)電機又單獨作為一套 2N 電源后備。在接線(xiàn)方案上，根據多年的實(shí)踐經(jīng)驗，10kV 主接線(xiàn)應具有兩路電源，分別與兩段獨立的母線(xiàn)連接。當市電突然發(fā)生斷電時(shí)，兩路電源同時(shí)失電，此時(shí)柴發(fā)必須立即自啟動(dòng)，保持母線(xiàn)持續供電。為節約室內空間，柴油發(fā)電機安裝在室外即可。 

       不間斷電源系統：不間斷電源在數據中心得到了廣泛的應用，是關(guān)鍵設備之一，目前采用較多的是UPS以及HVDC，但由于后者價(jià)格昂貴，技術(shù)復雜，因此通常只有越大型數據中心才會(huì )采用，一般的大型數據中心采用 UPS系統即可滿(mǎn)足需求。本系統的規劃采用2N配置的UPS方案，即把兩獨立的 UPS主機通過(guò)切換裝置連接在一起，當市電和柴發(fā)均無(wú)法供電時(shí)，UPS自動(dòng)為數據中心接續電力。

 

       隨著(zhù)數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，高效可靠的數據中心配電系統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。

       AMC系列數據中心精密配電系統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過(guò)通訊將數據上傳到動(dòng)環(huán)監控系統，實(shí)現對整個(gè)數據機房的實(shí)時(shí)監控和有效管理，為實(shí)現綠色IDC提供可靠保證。     

       遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

       遙信：輸入分路的過(guò)壓/欠壓，缺相,過(guò)流，輸入分路和輸出分路的開(kāi)關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實(shí)現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。