淺述數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案及產(chǎn)品選型

【摘 要】現(xiàn)如今，社會(huì)主要領(lǐng)域已從對(duì)單個(gè)設(shè)備的關(guān)注轉(zhuǎn)化為對(duì)于系統(tǒng)解決方案的關(guān)注，數(shù)據(jù)中心的供應(yīng)商們也想盡辦法去滿(mǎn)足所面對(duì)的各方面需求?；诖?，主要提出了云計(jì)算數(shù)據(jù)中心供配電解決方案，同時(shí)還對(duì)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析

 

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；UPS

 

  隨著網(wǎng)絡(luò)信息的不斷進(jìn)步，為了能夠更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)的多方面需求，我的通信行業(yè)數(shù)據(jù)中心逐漸向云計(jì)算的方向發(fā)展，不斷加強(qiáng)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)已逐漸成了現(xiàn)如今通信行業(yè)進(jìn)的主要方向。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能夠?qū)⒂?jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源等多項(xiàng)資源整理在起，為所服務(wù)的人群提供更高品質(zhì)的服務(wù)，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的形成也為我通信運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了更多的利益。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心擁有大量 IT 設(shè)備、空調(diào)設(shè)備及消防設(shè)備等，擁有個(gè)持續(xù)、可靠、安全的供配電系統(tǒng)尤其重要。 在本文中，筆者結(jié)合重慶某云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程，總結(jié)了 些云計(jì)算數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)體會(huì)。

  云計(jì)算數(shù)據(jù)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(kuò)展的、可維護(hù)的配電體化系統(tǒng)。伴隨著科技的不斷發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)的不斷強(qiáng)大，涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提升。

  云計(jì)算數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)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(nèi)容結(jié)合在起，對(duì)電流以及電量計(jì)算等許多數(shù)據(jù)都實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)自身的意愿選取不同的組建方式進(jìn)行不同內(nèi)容的表達(dá)，為用戶(hù)的配電設(shè)計(jì)提供為合理的解決方案。

  隨著科技的不斷發(fā)展數(shù)據(jù)中心大容量 UPS 逐漸走向高頻化，相關(guān)的廠家也都生產(chǎn)出了自己的高頻 UPS，在幾年使用高頻 UPS 供電系統(tǒng)還有許多的反對(duì)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(tǒng)。高頻 UPS 主要具有輸出功率因數(shù)較高、功耗較小、體積小等諸多點(diǎn)。在倡導(dǎo)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的今天，高頻 UPS 供電系統(tǒng)必將成為主要發(fā)展趨勢(shì)。

  數(shù)據(jù)中心并不是個(gè)單的個(gè)體，現(xiàn)如今已有越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)了解這點(diǎn)，特別是云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，初期設(shè)計(jì)對(duì)后期的多項(xiàng)工作都產(chǎn)生了較為明顯的影響。整體設(shè)計(jì)理念的實(shí)施促使配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及機(jī)房環(huán)境系統(tǒng)等多個(gè)方面的和諧進(jìn)步。為了滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求，綠色環(huán)保已成為各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的要提，安全性能也越來(lái)越受到重視。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)安全系數(shù)的高與低對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是非常重要的。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心涉及的基本設(shè)備是 IT 設(shè)備，個(gè)安全可靠的配電系統(tǒng)是重要的。對(duì)供配電系統(tǒng)監(jiān)控類(lèi)安全的功能進(jìn)行各式各樣的探索，這是技術(shù)安全性穩(wěn)步發(fā)展的主要體現(xiàn)，與此同時(shí)，技術(shù)類(lèi)的發(fā)展革新的另外個(gè)主要方向即為綠色節(jié)能。在海內(nèi)外各個(gè)綠色行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)下，在供配電的解決方案中調(diào)節(jié)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控這些技術(shù)都得到了不斷的改進(jìn)，就不同的區(qū)域來(lái)說(shuō)各個(gè)設(shè)備的功能特點(diǎn)也不同，要進(jìn)行分區(qū)域的溫度控制，按照配電室、電池室以及IT 主機(jī)房等多個(gè)方面的不同要求，要進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的濕度及溫度的控制，以此來(lái)取得佳節(jié)能效果。

 

  串聯(lián)備份技術(shù)相對(duì)于其他技術(shù)來(lái)說(shuō)更為成熟，因?yàn)樗l(fā)展時(shí)期較早，使用的范圍較廣。在多種關(guān)于 UPS 技術(shù)的相關(guān)資料中顯示，串聯(lián)也可稱(chēng)為熱備份，大多數(shù)人們都將它簡(jiǎn)稱(chēng)為串聯(lián)。這供電方案中兩臺(tái)串聯(lián)的 UPS 都是非常完整并且都有著屬于自己的旁路的在線(xiàn)類(lèi)型的 UPS 單機(jī)。這兩個(gè) UPS 單機(jī)只有電源線(xiàn)作為其連接媒介，再無(wú)其他信號(hào)的連接。通常都是主機(jī)進(jìn)行負(fù)載供電，從機(jī)基本是沒(méi)有負(fù)載的。

  這方案的主要點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，安裝過(guò)程非常便捷，相對(duì)價(jià)格也較為合理，多個(gè)不同公司的 UPS 也可以進(jìn)行串聯(lián)使用。這方案的主要缺點(diǎn)就是要想不間斷負(fù)載用電的擴(kuò)容就要持續(xù)進(jìn)行帶電工作，危險(xiǎn)系數(shù)也隨之增大，同時(shí)主從機(jī)器的老化情況不能夠保持同水平，從機(jī)的電池使用壽命不斷縮短。當(dāng)發(fā)生短路情況時(shí)，從機(jī)逆變器更加容易發(fā)生問(wèn)題。

  直接并機(jī)供電方案的主要形式就是使多個(gè)同種型號(hào)以及同功率的 UPS 經(jīng)過(guò)并機(jī)柜或者并機(jī)板，再將輸出端相接連成。這方案的主要功能就是多臺(tái)機(jī)器共同承擔(dān)負(fù)載功率，其主要原理就是在通常條件下，多個(gè) UPS 都有逆變器的輸出平均分擔(dān)負(fù)載以及電流，當(dāng)其中個(gè) UPS 發(fā)生問(wèn)題時(shí)，其余的 UPS 將會(huì)再次分擔(dān)全部的負(fù)載。實(shí)現(xiàn)并聯(lián)冗余的基礎(chǔ)就是

處理好下面幾項(xiàng)相關(guān)內(nèi)容：

（1）每個(gè)UPS逆變器輸出的波形的相位以及頻率都應(yīng)相同；

（2）每個(gè)UPS逆變器所輸出的電壓都應(yīng)相同；

（3）每個(gè) UPS 都應(yīng)平均分擔(dān)其負(fù)載；

（4）如果 UPS發(fā)生問(wèn)題時(shí)，可以迅速脫機(jī)

這方案的主要點(diǎn)就是多個(gè) UPS 可以平分其負(fù)載，可靠性也可以大幅度提升；對(duì)于擴(kuò)容這部分與以的其他方案相比較也變得簡(jiǎn)便得多；在正常的工作期間可以平均分配其負(fù)載，進(jìn)步延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。另方面這方案的主要缺點(diǎn)就是成本相較于其他方案來(lái)說(shuō)有所提升，在并機(jī)輸出的那側(cè)仍然具有單點(diǎn)故障。

  早期使用在數(shù)據(jù)中心中的 UPS 供電方案所輸出的配電系統(tǒng)總是出現(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘、保險(xiǎn)絲燒毀等常見(jiàn)問(wèn)題。為了確保機(jī)房 UPS 供電系統(tǒng)的可靠程度可以維持在定高度，2N 或者

是 2（N+1）的系統(tǒng)逐漸被大中型數(shù)據(jù)中心所采納。

這方案的主要特點(diǎn)包括以下幾方面

（1）為了控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本，數(shù)據(jù)中心的負(fù)載基本包括單電源負(fù)載和雙電源負(fù)載兩個(gè)部分。在通常情況下，兩套母線(xiàn)系統(tǒng)可以起承擔(dān)全部的雙電源負(fù)載，經(jīng)過(guò)對(duì) STS 的設(shè)置，每個(gè)各自承擔(dān)二分之的較為重要的單電源負(fù)載。所以，在平常工作期間，兩套母線(xiàn)將會(huì)平均各帶有百分之五十的負(fù)載。

（2）和以的供電方案區(qū)別較大的就是，系統(tǒng)備份先為整個(gè)系統(tǒng)所帶來(lái)的利益就是能夠明顯提升負(fù)載用電的可靠程度。除了這點(diǎn)外，這方案有著可觀的開(kāi)放性以及良好的瞻性，對(duì)于系統(tǒng)在后期的擴(kuò)容以及維護(hù)等工作都提供了很大的便利。

  

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

  AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計(jì)的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，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(shù)據(jù)上傳到動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。

3.1.1交流系統(tǒng)

1）功能要求：

遙測(cè)：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(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報(bào)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(tǒng)

1) 功能要求

遙測(cè)：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

遙信：輸入分路的過(guò)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(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)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(kāi)關(guān)電源            SBD-30  （48V）

 

 

 

 

 

 

 

 

說(shuō)明：■為標(biāo)配功能。

 

 

 

 

數(shù)據(jù)中心小母線(xiàn)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線(xiàn)供配電系統(tǒng)的俗稱(chēng)。近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線(xiàn)系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)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(diǎn)，即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測(cè)模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。

1）交流系統(tǒng)功能：

遙測(cè)：三相電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、過(guò)頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線(xiàn)電流、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；    

2）直流系統(tǒng)功能：

遙測(cè)：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流/功率；

遙信：過(guò)電流2段閥值越限、過(guò)/欠壓、過(guò)功率告警、缺相、溫/濕度告警，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)跳閘；                             

 

     

 

  本文對(duì)于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，希望能夠?yàn)橐院筮@領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)： 

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【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).2020.06版。