数据中心供配电系统方案设计
摘要：随着科学技术发展和市场需求的变化，电力的安全性和稳定性越来越成为制约数据中心的关键因素。本文针对数据中心的供配电系统进行两种方案设计，分别从传统供配电系统和新型供配电系统的构成展开探索与分析，使其满足数据中心的基本电力需求，避免安全隐患问题对数据中心供配电系统带来消极的负面影响。
关键词：数据中心；新型供配电系统；方案设计
引言：随着当代能源结构的优化调整，电力逐渐得到广泛普及，渗透到人们的日常工作与生活中，发挥出重要的社会价值。而通过做好数据中心的供配电方案设计，一方面可以估计到数据中心本身的特殊性质，给予其充足的电力供应和支持，另一方面则是减少配电系统设计期间的成本开销，为企业创造更高经济效益。
一、变配电系统
近几年，5G网络通信、大数据平台、人工智能、物联网等新兴数字化技术的研发与应用，已经逐渐成为当前时代背景的发展基石，而数据中心作为传输、展示、存储，以及计算信息的重
要基础设施，同样需要与时俱进，为社会主义现代化建设贡献自身应有的社会价值。而随着数据中心总体数量、大小规模、运行功率等相关参数的持续上涨，作为其中的关键构成部分，处理好供配电系统的设计与施工，能够在一定程度上，有效避免服务器因意外情况的出现，而造成严重磨损和损失。
一般数据中心的配电系统，主要会分为三个等级，一级主要包含市电、高、低压配电柜、变压器、柴油机等；二级配电则是以UPS输入、输出、照明、HVDC等部分所构成；三级配电内主要包含PUD、PSU，以及精密列头柜等。三个等级区别在于，一级主要为高压配电系统，二、三级则是低压配电系统，对于数据中心而言，都能够发挥出其自身的作用和价值，因此在设计方案期间，需要结合具体的实际情况，制定出更加科学、高效、合理的供配电设计方案。
二、传统供配电系统的主要构成
在对数据中心进行供配电系统方案设计期间，考虑到数据中心本身的功能的特殊性，需要采用双重10kV的两路电源进行供电，其主要分别引自不同的110kV变电站10kV出线，保证两路市电相互不影响，从而提供了数据中心电源的可靠性，而另外的第三方电源通过借助后备柴
油发电机提供，将市电电源和发电机电源在变压器出线的位置进行逻辑切换，从而方便在突发停电状态下，依旧可以保证数据中心电力的持续供应。
在传统供配电系统中，数据中心会共计设置两套400kV的UPS系统，组建成2N的容错型系统，能够在第一时间内，对细小误差进行调整和完善，避免对数据中心内部的电气设备带来不同程度损伤。同时双回路、输出柜可以为数据中心提供电子信息设备与各个工位插座的电力供应，再加上UPS系统的蓄电池，能够为一级负荷满载持续提供长达15分钟的供电，减少因意外断电造成数据紊乱、丢失等严重后果的出现概率。为了尽可能避免在运行和切换UPS供应电源期间，出现故障问题，从而对数据中心供配电系统的重要负荷造成影响，可以采用四级开关对其进行控制和管理。
三、新型供配电系统的主要构成
近几年，随着数字化信息技术的广泛应用，以及可持续发展战略的提出与落实越来越多创新、节能、绿环保的新兴技术得到研发、普及和推广。而在绿节能环保理念的引导下，国际TGG组织，发布了最新数据中心电力使用效率的标准化衡量指标，也被称作PUE。PUE目前是数据中心消耗的所有能源与IT负载所需要使用的能源之比，同时也是DCIE的重要反比。
通常来讲，PUE与数据中心在正常运转期间各项设备所共同消耗的能源/IT设备的日常能源消耗，作为一个比值，其自身的基准是2，在检验期间观测其越接近1，则证明其自身的能效水平越好，绿化程度也会相对更高。2021年我国中央政府所下发的相关通知中，曾经明确指出：新建大型数据中心、超大型数据中心，需要保证其自身的电能利用效率PUE小于1.3，到2025年，数据中心电能利用效率普遍不超过1.5，同时国家政策鼓励重点行业利用绿数据中心等新型基础设施实现节能降耗。可以预见，未来国家政策对数据中心的PUE值要求会越来越严格。
据相关实验数据证明，在数据中心供配电系统设计期间，高压直流供配电系统、交直流一体化供配电系统，以及UPS+HVDC等，普遍具有更高的工作效率，可以轻松满足不同规模大小数据中心的运行需求，带动节能指标的有序提升。另外，由于数据中心的服务器同时会存在交直流服务器，因此，还可以使用HVDC+UPS的供配电系统，避免对数据中心的电气设备造成损害和威胁[1]。
经过对多种不同供配电系统进行优化对比实验后，可以清楚发现，UPS供配电系统的主要输出为工频，因此滤波所需要的能源消耗会明显更高，而且HVDC本身为高频滤波，通常占地
面积相对较小。当把UPS电池放置在输入端口时，假设UPS本身存在故障问题，在负载期间将必然造成停电问题。而把HVDC的电池安置在输出端时，即使其本身存在故障问题，但是电池仍然可以保持运转，为数据中心的负载提供相应的电力供应，避免出现断电、停电等相关问题。UPS的供配电系统相较于HVDC而言，中间环节更多，而HVDC由于是直接与母线进行连接，节省掉中间的逆变环节，因此在中间环节增加的过程中，会造成变换效率的降低和能耗的增长，所以HVDC相较于UPS而言，更受欢迎和喜爱。
四、传统模块化机房柜配电方案设计
模块化机房解决方案
在对数据中心进行供配电方案设计的过程中，传统数据中心的服务器普遍会采用精密列头柜来进行配电。其本身是按照特定标准或运行功能区域来进行划分的机柜，可以提供网络布线服务与配电管理等电气设备，一般都会将其放置在整个纵列机柜的前端[2]。精密列头柜由于本身在管理功能上实施不同程度的强化，不仅可以有效监控常规运行期间电气设备基本参数的变动以及开关的具体状态之外，还能及时对中性线电流、动态调节等方面的问题进行精准检测，在经过传感器将数据信息传输到动态环境系统，帮助管理或维修工作人员实时掌控配电系统的运行状态和基本质量，达到提高综合管理效果的预期目标。
结合传统数据中心的布局方案来看，可以设计冷通道模块化机组，能够同时为两个电路供应电量，确保单一电路PDU在断电或者短路情况下，依旧可以维持数据中心的正常运行。另外，传统模块化机房机柜供配电设计期间，会针对未来用电功率持续增长的情况做出预留准备，避免出现实际负载率与设计参数出现差距。
五、新型机房柜配电方案设计
与传统模块化供配电方案相比，在考虑原有设计目标之外，还需要估计到节能环保的相关要素。目前数据中心普遍采用智能母线槽配电解决方案，一方面可以通过安装轨道滑触式母线槽来对电源线路进行优化隐藏，为各类仪器设备和服务器机柜的摆放，提供更加平坦、宽阔的空间。另一方面则是采用固定式母线槽配电解决方案，同样可以满足标准化数据中心机房设计期间的需求[3]。相较于传统列头柜的配电方式，在空间大小保持一致的情况下，通过使用双母线配电方案，不仅可以解决机柜摆放占地面积较大的问题，同时还能提高通信线路架设的灵活性和便捷性，能够独立满足服务器机柜的供电需求，加上微型断路器的应用，能够对干线和终端服务器提供可靠安全保护。除此之外，还可以通过传感器，实现对电能质量的实时动态化检测，为数据中心的现代化、智能化发展，奠定更加可靠的坚实基础。
结论：综上所述，随着时代的变更和进步，数据中心的重要性逐渐凸显，数据中心的供配电系统设计也需要持续更新和优化，相关施工单位需要结合实际情况，选择更加科学合理的供配电设计方案，不仅可以满足数据中心的个性化需求，同时还能减少后续运行维护的成本开销，为数据中心提供更加可靠的支持与保障。
参考文献：
[1]董绍兵,郑凯,袁松林.某数据中心电气设计方案[J].现代建筑电气,2023,14(01):18-22+28.
[2]范炜.数据中心供配电系统方案设计[J].电器工业,2022(06):50-53.
[3]盖琪彦.数据中心供配电设计简析[J].建筑电气,2021,40(12):42-48.

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