新型数据中心供配电系统设计的注意问题分析

2017-03-10张林冲

网络安全技术与应用 2017年11期

关键词：供配电损耗数据中心

◆张林冲

（广东省电信规划设计院有限公司南京分公司江苏 210029）

新型数据中心供配电系统设计的注意问题分析

◆张林冲

（广东省电信规划设计院有限公司南京分公司江苏 210029）

就数据中心来说，供配电系统是不可替代的。处于最重要的地位，它的作用就像心脏与我们人体之间的关系一样，只有确保供配电系统的稳定性能和安全性能，才能保证数据中心的各个设备都有稳定可靠的动力来源。随着新型数据中心的发展，其功率密度变大，对供电的要求也随之增加，因此，科学合理地设计新型数据中心的供配电系统就尤为重要。本文主要阐述了数据中心供配电系统的分级和标准，并分析了设计数据中心供配电系统必须注意的要点，最后探讨了新型数据中心供配电设计的重点要素，以供参考。

数据中心；供配电系统；规范化

1 数据中心供配电系统设计概述

数据中心的运行时间是：全天24小时不停歇工作。特点是：用电量较大；可靠性要求较高；电源品质要求较高。最常见运用的是电力系统中对电能进行发、输、配、用中的配和用两个要求。而且最重要的是要与电力系统维持一样的水平。学过电气工程的一般都知道，在供配电系统里，功率一般都是单向在流动着的，即按照电源端到用户端的方向，通过利用一定的分配手段，达到它的目的，也就是把电力系统里的电能改变成用户所使用的用电设备可以利用的电能。按照目前的数据看，它的电压等级都会在在 35KV 或以下。因此对于供配电系统的设计，甚至于制定可行方案的话都应该考虑以下几点：第一，所具有的用电量多少；第二，负荷的性质；第三，周围区域供电的状况。

2 数据核心供配电体系设想的根本准则

在设置数据中心供配电体系过程中，要按照我国与行业有关法律法规，还可以参照海外有关准则、标准，采纳合适的技能举措是要综合思索数据核心用电负荷密度高、供电稳当性需求高等特征。另外还有就是不得违背符合相关工程建筑机构法律法规的要求。按照分区和分级的原则设置数据核心供配电体系，供电稳当性是相同功效地域当中的各种设施，要确保全部设施依照该区域准则的需求运转，同时把供配电体系部分故障碍的影响力，限制在很小的范围内。数据核心的特点有用电负载密度高、总量大，所以在供配电系统的设计过程中，一定要考虑到节约能源的方面，只有这样才可以更大程度的减少能源消耗。

3 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，有《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》和《通用用电设备设计规范》等标准规范。

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，在《数据中心通信设施标准》中就将它们划分成 Tier Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ不同的四个级别。

4 数据中心负荷分级

在高等级的数据中心中，IT 设备都是一级负荷中尤为重要的负荷。IT 辅助设备、消防设备通常作为一级负荷，其中 IT 辅助设备包括：冷水机组、循环水泵、冷却塔风机、精密空调、新风空调、补水系统、安防控制等系统 / 设备；消防设备包括：消防水泵、消防排烟 / 加压送风风机、消防值班室、消防备用 /疏散照明设备等。三级负荷的有：一般办公、清扫、检修等。

5 数据中心工程供配电系统设计应满足的要求

必须保证数据中心供配电系统设计的科学、合理、可行、安全。首先，根据数据中心的等级，A 类数据中心必须使用双重电源供电；B 类数据中心建议采用双重电源供电；C 类数据中心使用两回路供电。

第一，要确保供配电系统具有可靠性。因此，在对供配电系统进行设计时，要谨慎考虑突发状况，对于 A、B 级数据中心需配置后备柴油发电机系统，后备柴油发电机系统的容量应包括UPS 基本容量、空调和制冷设备的基本容量。

第二，良好性能质量的电能。电能质量的好坏的关键在于频率与电压两个方面。所以，为了拥有一个良好的高性能的风险低的（即在任何方式下都可运行）电能，较好的方式便是使用在线式 UPS 供电系统，它可以解决停电问题。

第三，供配电系统的设计还应让其变得更加方便和灵活。可以想象，假如在对供配电系统进行接线时既可以做到简便，又可以保证满足负荷的变化程度，并且可以快速、敏捷的从此状态直接过渡到彼状态，并在转换的过程中不会轻易的出现错误的操作，可以确保能够正常、方便的进行检修与维护，那样便更加方便了。

6 新型数据中心供配电系统设计的注意要素

通常情况下，数据中心供配电系统在前级会产生一定的损耗，包括不间断电源系统、电力电缆、配电柜以及高、中压变压器等设备，例如不间断电源系统的自身耗能或者并联时的环流损耗，以及长距离传送大电流时的损耗等。因此，在设计新型数据中心供配电系统时，需要关注的重点就是降低甚至避免这些损耗，具体而言，应注意采取以下几种措施。

（1）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380V，且供电线路的电阻为10Ω，那么产生的损耗为14.44kW，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。

（2）供配电单元的设计要坚持规范化

如果需要切换柴油发动机和市电，必须选用拥有旁路功能的ATS（自动转换开关），以从而保障检修自动转换开关时与切换电源不冲突。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。

（3）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1600kVA，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。

（4）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，倘若负荷提高，可用热插拔的方式来增加功率相似的不间断电源系统板块。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。