DC化通信局房用电负荷计算及分析

李巧玲，刘宇恒

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070）

0 引 言

随着IT（信息技术）与CT（通信技术）的融合，ICT技术与产品研发越来越受到电信运营商的重视。为了满足互联网+时代的业务需求，实现“云”和“网络”资源的统一规划，三大运营商正在进行网络转型，网络架构将以传统通信机房（CO）为中心，逐步转型到以数据中心（DC）为核心。

目前，运营商具有大量的通信局房可以改造利用，即把传统通信局房DC化。DC机房设备功率密度远高于传统通信设备，对于配电系统的影响非常大。在机房配电系统扩容改造中，配电负荷统计是电源系统设计的基础，其准确程度直接影响设计结果。所以，正确计算用电负荷意义重大。

1 通信局房用电负荷特点

传统通信局房大多数为办公与通信机房的综合楼，其电源系统通常为一个总的变配电系统，并由此分别向UPS系统、各直流供电系统及建筑负荷提供低压交流电。通信局房用电负荷呈现不同于其他建筑物的特点。

1.1 用电负荷分类

对于通信综合楼，按照占比和影响力分类，用电负荷包括通信设备负荷、机房空调负荷和建筑负荷。对于通信局房DC化项目，在用设备用电负荷是基础数据。

1.1.1 通信设备用电负荷

通信局房是信息系统的核心节点，用以安装IT设施与系统，并实现数据的集中处理、存储、传输、交换、管理[1]，可以是建筑物中独立的物理空间，俗称机房。通信局房布置的无线、传输、IT服务器等设备的用电需求，即为通信用电负荷。

1.1.2 建筑负荷

在通信局房中，除通信设备用电以外，还有机房照明、消防用电以及办公等建筑负荷。对于通信局房配电系统设计，建筑负荷属于不可缺少的一部分。其中，消防用电负荷属于重要负荷，必须考虑用电保障，满足GB50052《供配电系统设计规范》对电源的配置要求。

1.1.3 机房空调用电负荷

通信机房的空气调节系统是保证通信设备正常运行的必要条件。在机房空调系统设计中，根据机房冷负荷需求，采用水冷系统或风冷系统，系统末端配置精密空调，满足机房温湿度要求，保证通信设备具有良好的运行环境。

依据YD/T 5003-2014《通信建筑工程设计规范》规范9.2.10条文规定，采用分散式空调系统时，机房专用空调机的能效比（EER）宜大于2.8，且显热比应大于0.90[2]。通信机房空调占机房能耗30%～40%，所占比重较大，是通信机房不同于其他建筑物的空调用电特点，也是节能减排的重点。

1.1.4 在用设备用电负荷

移动通信网络经过多年建设，通信局房已布置2G、3G、4G等交换设备、无线控制器、传输设备以及增值类业务设备，并配置多套-48 V直流电源系统和UPS电源系统，为通信设备提供了可靠的用电保障。

对通信局房DC化改造的前提条件，是存在可利用的机房空间。在机房内新增IT设备，与原有通信设备共用变配电系统。相对于新增用电负荷，变配电系统具有一定负载率，其中在用设备用电负荷即实际负荷。

1.2 通信局房用电负荷特性

1.2.1 用电性质多样性

通信设备用电有交流和直流两种，其中原有通信设备（含交换设备、传输设备）采用-48 V直流电源系统，数据设备和新增IT设备采用UPS交流系统[3]。

建筑用电负荷通常采用交流，其中消防用电负荷要求备用油机末端切换。

1.2.2 具有隐性用电负荷

直流电源系统、UPS电源系统均配置大量的蓄电池组，蓄池组充电负荷不属于经常性运行负荷[3]，但需要配电系统考虑充电容量需求。

1.2.3 通信局房配电负荷可变性

通信技术发展迅速，通信网络及设备不断更新换代，配电系统的用电负荷相应变化，所以通信局房配电系统需要具有灵活性，便于扩容和调整。在通信局房DC改造中，既考虑新增用电负荷需求，也要考虑运营商网络重构的用电负荷变化。

1.2.4 双重负荷特性

在整个配电系统中，UPS系统、直流供电系统是保证通信设备的不间断供电，呈现用电负荷的双重性，即对配电系统是用电负荷，对于通信设备又是电源。而末端用电负荷与UPS系统、直流供电系统容量相匹配，并考虑不间断电源系统的效率。

2 通信局房DC化用电负荷计算

通信局房DC化是利用通信局房的现有机房空间新增IT设备，从而需要对局房配电系统的总用电负荷进行核算。通信局房用电负荷包括新增用电负荷和现有用电负荷。

2.1 新增用电负荷计算

2.1.1 用电负荷计算方法

对于通信机房新增设备用电负荷估算，应考虑设备运行方式，并计入设备运行负荷的同时系数Kt和需要系数Kx。

其中：Pjs为计算负荷；Pe为用电设备总容量，单位kW；Kx为需要系数，即用电设备组实际最大运行功率与用电设备额定功率的比值；Kt为同时系数，即在多个设备计算时各设备同时运行时的最大功率与各设备最大运行功率之和的比值。

2.1.2 新增用电负荷统计

通信运营商为拓展新业务，充分挖掘现有通信局房的空间利用率。在可以利用的机房空间，规划布置服务器机柜，并配置空调配套设备。所以，新增用电负荷包括IT设备、空调和制冷负荷。

IT设备用电负荷PIT为：

空调配套用电负荷PK为：

其中：单台空调功耗包括制冷（风冷机组）、送风和加湿等各功能单元功耗。

2.2 现有设备用电负荷

对于通信局房配电系统现状数据，可以通过实际测量或动环监控系统获取，并且通过现有电源设备的负载率确定可利用冗余容量。在运用现状数据时，需要考虑以下因素。

2.2.1 电源设备负载率与配电系统方案相匹配

配电设备负载率是实测容量（或计算负荷）与额定容量之比。对于实测容量，仅是某一时点或某段时间的均值，只反映配电设备的实时带载情况。若要判断配电设备冗余容量的可用性，需要分析原配电系统的设备配置方案。例如：对于“1+1”冗余系统，电源设备负载率现状数据需要成倍考虑。

2.2.2 非经常性负荷计取

通信综合楼配电系统的用电负荷包括通信设备、机房空调、照明、消防用电、蓄电池充电、电梯等，其中消防用电、蓄电池充电、电梯属于非经常性负荷。在统计现有设备用电负荷时，不要漏计此类设备对配电容量的需求。

3 通信机房DC化用电负荷分析

对于通信机房配电系统的改造，应结合用电负荷特点，合理确定配电系统的负载率，提高配电设备效率，使投资效益最大化。下面将分析用电负荷对配电系统方案的影响。

3.1 DC机房用电负荷特点

3.1.1 IT设备用电负荷高

与传统通信设备相比，DC机房单机柜功耗达6～10 kW，高于传统通信设备的2～4 kW[4]。当利用可用机房进行DC规划时，则DC机房的用电负荷有可能超出原通信机房配电系统的承载范围。当DC机房新增用电负荷大于原配电系统容量50%时，则考虑新建独立配电系统。

3.1.2 DC业务统一规划、分期建设

为了提高机房资源的利用率，服务器机柜数量依据现场环境和条件进行数量最大化规划布置。但在实际实施时，根据IT业务发展需求进行分期建设。对应DC分期建设规模，配电设备容量逐期配置，以减少初期投资，增大实施的可行性。

3.1.3 DC机房配套用电负荷

DC机房配套包括空调系统和UPS电源系统。其中，空调系统功耗占比高，对于高密DC机房需要配置高效空调制冷系统，其空调功耗相当于IT设备功耗的30%～40%[5]。依据国标GB50174-2017《数据中心设计规范》，不同等级机房对空调系统和UPS电源系统的冗余配置均有相应要求。在用电负荷统计时，考虑UPS电源系统的功率损耗。

3.2 通信机房用电负荷变化趋势

对于建设多年的通信机房，随着通信业务的不断增加，用电负荷逐期增大，对配电系统往往是扩容改造。但是，对通信机房的DC化改造，则用电负荷不一定只有增加，而需要考虑由于运营商网络重构而引起用电负荷的变化。由于通信设备与业务是在网运行方式，因此网络的演进是逐步过程，特别是以2G、3G、4G以及未来的5G设备网元交错更新，其中交换网、业务网、数据网等网元将逐步入网，传统通信机房的用电负荷需要重新统计。

3.3 用电负荷颗粒度微型化

3.3.1 传统通信机房电源配置

为了满足不同类型通信设备的直流或交流需求，传统通信机房已建设多套-48 V直流电源系统和UPS电源系统。不同业务对应一套不间断电源系统，采用相对集中供电方式，电源容量较大。例如，某通信综合楼直流系统和UPS电源系统配置情况，如表1、表2所示。

可以看出，2G（三楼机房）、3G、4G（四楼机房）分别配置1套直流电源系统；监控、数据分别配置UPS电源系统，所有电源设备集中布置在电力电池室，其用电负荷颗粒度基本上以业务分别计算。

3.3.2 DC机房不间断电源小型化

近年来，不间断电源设备模块化、小型化产品不断涌现，甚至有机架式电源。尤其对于高密机柜的模块化数据中心，对于分布式电源系统的应用具有较大优势。因此，在DC机房电源系统改造时，结合IT设备分期建设，根据需求计算用电负荷进行模块化设计[6]，有利于提高电源设备利用率。传统通信机房用电负荷具有多样性，应根据用电负荷重要性及设备运行特性，分类计算用电负荷，减小用电负荷颗粒度，合理确定电源系统，适应电源小型化发展趋势。

4 结 论

通信局房用电负荷多种多样，各类用电负荷各有特点，所以在DC化改造时，应充分考虑用电设备运行特性，正确计算用电负荷，避免漏计。通过分析通信局房用电负荷，关注运营商网络重构和业务网元退网，通信局房用电负荷减少，避免用电负荷盲目叠加。同时，要关注电源设备模块化、小型化的变化发展，对DC机房用电负荷计算方法提出新思路。

表1 某通信局房直流供电系统配置表

表2 某通信局房UPS系统配置表