淺述數據中心供配電系統解決方案及產品選型

【摘 要】現如今，社會主要領域已從對單個設備的關注轉化為對于系統解決方案的關注，數據中心的供應商們也想盡辦法去滿足所面對的各方面需求?；诖?，主要提出了云計算數據中心供配電解決方案，同時還對數據中心供配電系統解決方案進行了簡要的分析

 

【關鍵詞】數據中心；供配電系統；UPS

 

  隨著網絡信息的不斷進步，為了能夠更好地滿足市場的多方面需求，我的通信行業(yè)數據中心逐漸向云計算的方向發(fā)展，不斷加強云計算數據中心的建設已逐漸成了現如今通信行業(yè)進的主要方向。云計算數據中心能夠將計算資源、網絡資源等多項資源整理在起，為所服務的人群提供更高品質的服務，云計算數據中心的形成也為我通信運營商帶來了更多的利益。云計算數據中心擁有大量 IT 設備、空調設備及消防設備等，擁有個持續(xù)、可靠、安全的供配電系統尤其重要。 在本文中，筆者結合重慶某云計算數據中心的實際設計過程，總結了 些云計算數據中心供配電系統設計體會。

  云計算數據中心配電解決方案主要是指為 UPS 電源的輸入和輸出配電提供安全的、可管理的、可擴展的、可維護的配電體化系統。伴隨著科技的不斷發(fā)展、網絡的不斷強大，涉及計算機網絡的數據中心建設的標準也在不斷提升。

  云計算數據中心配電系統具有智能、體化、模塊等主要特征。它將交流輸入配電以及 UPS 輸入配電等多種內容結合在起，對電流以及電量計算等許多數據都實現了智能監(jiān)測，可以通過自身的意愿選取不同的組建方式進行不同內容的表達，為用戶的配電設計提供為合理的解決方案。

  隨著科技的不斷發(fā)展數據中心大容量 UPS 逐漸走向高頻化，相關的廠家也都生產出了自己的高頻 UPS，在幾年使用高頻 UPS 供電系統還有許多的反對聲音，但是隨著不斷發(fā)展，人們已逐漸接受了高頻 UPS 供電系統。高頻 UPS 主要具有輸出功率因數較高、功耗較小、體積小等諸多點。在倡導節(jié)能減排、綠色環(huán)保的今天，高頻 UPS 供電系統必將成為主要發(fā)展趨勢。

  數據中心并不是個單的個體，現如今已有越來越多的網絡用戶了解這點，特別是云計算數據中心，初期設計對后期的多項工作都產生了較為明顯的影響。整體設計理念的實施促使配電系統、制冷系統以及機房環(huán)境系統等多個方面的和諧進步。為了滿足社會發(fā)展的需求，綠色環(huán)保已成為各個領域發(fā)展的要提，安全性能也越來越受到重視。云計算數據中心的供配電系統安全系數的高與低對于用戶來說是非常重要的。云計算數據中心涉及的基本設備是 IT 設備，個安全可靠的配電系統是重要的。對供配電系統監(jiān)控類安全的功能進行各式各樣的探索，這是技術安全性穩(wěn)步發(fā)展的主要體現，與此同時，技術類的發(fā)展革新的另外個主要方向即為綠色節(jié)能。在海內外各個綠色行業(yè)發(fā)展的大趨勢下，在供配電的解決方案中調節(jié)以及遠程監(jiān)控這些技術都得到了不斷的改進，就不同的區(qū)域來說各個設備的功能特點也不同，要進行分區(qū)域的溫度控制，按照配電室、電池室以及IT 主機房等多個方面的不同要求，要進行相對應的濕度及溫度的控制，以此來取得佳節(jié)能效果。

 

  串聯備份技術相對于其他技術來說更為成熟，因為它發(fā)展時期較早，使用的范圍較廣。在多種關于 UPS 技術的相關資料中顯示，串聯也可稱為熱備份，大多數人們都將它簡稱為串聯。這供電方案中兩臺串聯的 UPS 都是非常完整并且都有著屬于自己的旁路的在線類型的 UPS 單機。這兩個 UPS 單機只有電源線作為其連接媒介，再無其他信號的連接。通常都是主機進行負載供電，從機基本是沒有負載的。

  這方案的主要點就是結構較為簡單，安裝過程非常便捷，相對價格也較為合理，多個不同公司的 UPS 也可以進行串聯使用。這方案的主要缺點就是要想不間斷負載用電的擴容就要持續(xù)進行帶電工作，危險系數也隨之增大，同時主從機器的老化情況不能夠保持同水平，從機的電池使用壽命不斷縮短。當發(fā)生短路情況時，從機逆變器更加容易發(fā)生問題。

  直接并機供電方案的主要形式就是使多個同種型號以及同功率的 UPS 經過并機柜或者并機板，再將輸出端相接連成。這方案的主要功能就是多臺機器共同承擔負載功率，其主要原理就是在通常條件下，多個 UPS 都有逆變器的輸出平均分擔負載以及電流，當其中個 UPS 發(fā)生問題時，其余的 UPS 將會再次分擔全部的負載。實現并聯冗余的基礎就是

處理好下面幾項相關內容：

（1）每個UPS逆變器輸出的波形的相位以及頻率都應相同；

（2）每個UPS逆變器所輸出的電壓都應相同；

（3）每個 UPS 都應平均分擔其負載；

（4）如果 UPS發(fā)生問題時，可以迅速脫機

這方案的主要點就是多個 UPS 可以平分其負載，可靠性也可以大幅度提升；對于擴容這部分與以的其他方案相比較也變得簡便得多；在正常的工作期間可以平均分配其負載，進步延長系統壽命。另方面這方案的主要缺點就是成本相較于其他方案來說有所提升，在并機輸出的那側仍然具有單點故障。

  早期使用在數據中心中的 UPS 供電方案所輸出的配電系統總是出現開關跳閘、保險絲燒毀等常見問題。為了確保機房 UPS 供電系統的可靠程度可以維持在定高度，2N 或者

是 2（N+1）的系統逐漸被大中型數據中心所采納。

這方案的主要特點包括以下幾方面

（1）為了控制系統實現的成本，數據中心的負載基本包括單電源負載和雙電源負載兩個部分。在通常情況下，兩套母線系統可以起承擔全部的雙電源負載，經過對 STS 的設置，每個各自承擔二分之的較為重要的單電源負載。所以，在平常工作期間，兩套母線將會平均各帶有百分之五十的負載。

（2）和以的供電方案區(qū)別較大的就是，系統備份先為整個系統所帶來的利益就是能夠明顯提升負載用電的可靠程度。除了這點外，這方案有著可觀的開放性以及良好的瞻性，對于系統在后期的擴容以及維護等工作都提供了很大的便利。

  

  隨著數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問題也越來越突出，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，并可通過通訊將數據上傳到動環(huán)監(jiān)控系統，實現對整個數據機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。

3.1.1交流系統

1）功能要求：

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：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

2）配置方案-示意圖

 

 

配置方案 

多功能儀表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

3.1.2直流系統

1) 功能要求

遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。

2)配置方案-示意圖

 

配置方案

多功能儀表          PZ72L-DE

 霍爾傳感器          AHKC-F-  XXA/5V

 開關電源            SBD-30  （48V）

 

 

 

 

 

 

 

 

說明：■為標配功能。

 

 

 

 

數據中心小母線系統是數據中心末端母線供配電系統的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監(jiān)測模塊，將數據上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

1）交流系統功能：

遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；    

2）直流系統功能：

遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；                             

 

     

 

  本文對于數據中心供配電系統解決方案進行了簡要的分析，希望能夠為以后這領域的發(fā)展做出貢獻。

參考文獻： 

【1】李成章,全亞斌,施迪君,等.數據中心供配電解決方案及能效管理 [J].電氣應用，2011（11）。

【2】陽仲平.數據中心供配電系統解決方案探究。

【3】安科瑞數據中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版。

【4】安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版。