新型数据中心供配电系统设计的要点初探模块化电源
数据中心供配电系统规划设计的合理性、安全性、稳定性、可用性会直接影响到数据中心的运维成果。采用模块化弹性架构规划设计，可满足不同用途或等级的数据中心相关要求，同时通过充分运用成熟有效的节能措施，还可降低供配电系统的损耗，实现数据中心供配电系统的快速部署、简便扩展、高效低耗运维等效果。对新型数据中心供配电系统的设计要点进行分析，表明供配电系统设计的可靠性、安全性、冗余性对数据中心的高效可靠、安全稳定运行起着至关重要的作用。
标签：数据中心；模块化；冗余；UPS
供配电系统对于整个数据中心而言相当于心脏对于人体，它为数据中心所有设备提供稳定、安全的动力来源。由于新型数据中心的功率密度越来越大，对供电可靠性的要求也越来越高，数据中心供配电系统投资占比愈渐加大，如何设计数据中心电源及UPS配电系统已成为设计中的关键问题之一。
一、数据中心供配电系统的分级和标准
目前，我国在数据中心供配电系统方面的设计标准非常多，包括《工业与民用供电系统设计规范》《电子信息系统机房设计规范》《计算站场地安全要求》以及《通用用电设备设计规范》等。通常情况下，对于数据中心的设计，应以数据中心的管理要求和使用性质为基础，结合网络中断后引发的社会影响和经济损失程度，来明确机房等级，然后以等级为标准，选择合适的供配电系统。按照目前现行的《电子信息系统机房设计规范》的要求，可以将机房分为容错级、冗余级和基本级三级。国外对于数据中心供配电系统的等级划分也各不相同，以美国为例，其《数据中心通信设施标准》将数据中心通信设施划分为TierⅠ、TierⅡ、TierⅢ和TierⅣ四个级别。
二、数据中心供配电系统的设计要点
（1）与工业建筑和民用生活方面的應用不同，数据中心供配电系统非常关键，是数据中心基础设施建设的核心部分，它是由诸多子系统共同组成的，具体包括柴油发电机、高压变配电、不间断电源系统、自动转换开关、UPS输入/输出柜、电气照明、精密配电柜、输入低压配电、防雷以及末端配电等子系统。其中，不间断电源系统是指由电池组、逆变器和其他电路组成，能够提供持续、稳定、不间断供应电能的设备。
（2）不间断电源系统是供配电系统的心脏，它可以利用冗余技术满足不同用户的需求，可以根据数据中心的规模，来选择相应的供配电冗余设计。总而言之，不间断电源系统的设计，一方面，要保证满足稳定性、安全性和基本需求，另一方面，也要尽量控制投入成本。传统数据中心使用的是工频不间断电源系统，而新型数据中心改用了功率因数和转换效率更高的高频不间断电源系统。这种系统不仅重量轻、效率高，而且非常节约成本和耗能，一般情况下，电源及不间断电源系统的供电方案有N+1系统、N系统和2N系统三种模式。
三、新型数据中心供配电系统设计的注意要素
（一）合理规划和布局
供配电系统通常情况下，供电系统的线路长度越长，损耗也就越大，如果电压是380伏，且供电线路的电阻为10欧，那么产生的损耗为14.44千瓦，用电量基本等同于高密机柜设备的两倍。因此，配电室和不间断电源系统之间以及精密配电柜与不间断电源系统之间的距离应尽量缩短，同时，以保证安全为前提，尽量使各级供配电设备的线路均为最短，从而有助于减少电缆传输过程中的电流消耗。
（二）供配电单元的设计要坚持规范化
在切换柴油发动机和市电时，应选用具备旁路功能的ATS（自动转换开关），以保证检修自动转换开关时不影响切换电源。同时，不间断电源系统和数据中心动力设备的回路都应各自独立，前者为后者供电，并有手动和自动旁路装置，且应留有余量。此外，应使用精密配电柜对电子信息设备进行配电，同时配备电流监控、电压监控、防雷、远程通信以及报警功能，安装在用电设备附近，供配电系统还要具备可扩展性，便于预留容量以备用。
（三）优化不间断电源系统的并联方案
当前不间断电源系统中单机容量最大为1600千伏安，无法满足大型或中型数字中心的应用需求，因此，为了提高容量和可靠性，还需要并联使用多台不间断电源系统，如果并联系统中某台或某几台不间断电源系统出现故障，其他不间断电源系统可以继续保持供电。而如果采用N+1的主备模式，会导致不间断供电设备闲置，而且并联状态下会出现环流问题，造成不间断供电系统自身损耗的增加；如果采用2N的供电模式，一方面，能够避免并联环流产生损耗，另一方面，均衡各不间断供电设备，避免出现闲置和浪费现象。
（四）加强对模块化不间断电源系统的应用
应用模块化不间断电源系统，就是在不间断电源系统主机系统的配置过程中严格遵循总公司需求，然后以实际负荷为依据配置不间断电源系统模块，如果负荷有所增加，可以采取热插拔的手段来增加功率相同的不间断电源系统模块。这样不仅有助于降低不间断电源系统的功耗，也有助于延长其运行生命周期。除了上述要素之外，还可以使用智能PDU，通过运用网络化和智能化的技术手段，来精准计量和检测电气参数，并采用声光报警或短信通知等方式来对异常用电进行报警，帮助用户实时了解机柜电源体系的用电情况，进而科学计算PUE值。
四、结语
综上所述，为了快速部署新型数据中心的供配电系统，达到高效低耗的运维效果，必须保证供配电系统设计和规划的可用性、稳定性、安全性以及合理性，通过模块化的设计规划，来满足不同等级或用途数据中心的需求。
参考文献
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