预制化电力模块技术在数据中心领域的应用分析

钱小超

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

1 数据中心传统供电模式

数据中心传统配电多采用高压配电+低压配电+不间断电源+末端配电的方案，低压配电与不间断电源分开建设。

（1）低压配电集中布置，不间断电源系统集中或分散布置。低压配电室集中设置在某1楼层，在楼层电力电池室内通过设置楼层配电进行低压2次分配， 并建设不间断电源（Power Usage Effectiveness，PUE）系统，电力电池室采用集中布置或分散至楼层的方式。适用于机房规模较小，楼层机架功耗较低的数据中心机房。

（2）低压配电与不间断电源系统均分散布置，靠近负荷中心。在每个楼层均设置电力电池室，该楼层供电的低压配电系统与不间断电源系统均设置在电力电池室内。适用于机房规模较大、楼层机架功耗较高的数据中心机房。

现阶段以低压配电上楼层，靠近负荷中心为主流，较原有低压配电集中布置，在楼层设置2次低压系统分配而言，减少了中间配电环节。

2 预制化电力模块供电技术

预制电力模块包含变压器、低压配电柜、静态无功补偿（Static Var Generator，SVG）、UPS、馈线柜、预制铜排和可视化监控系统等。系统部件在工厂预制提前进行测试，各部件通过母排连接安装。预制化电力模块技术即传统低压配电系统+交流不间断电源系统的高度融合[1-3]。

预制化电力模块示意如图1所示。

图1 预制化电力模块示意

3 数据中心电源系统建设方案对比

以某数据中心标准层为例，标准层规划8 kW机柜632架，总功耗5 056 kW，遵照A级机房建设标准。

3.1 采用传统低压配电+UPS 配电方案

3.1.1 UPS系统建设方案

按照A级机房建设标准及客户要求，IT设备用UPS系统采用2N 供电架构，单机的后备时间可按照15 min配置，根据设备功耗，计算需求UPS容量及配置数量见表1。空调末端设备采用市电+UPS供电模式，末端切换。UPS 单机后备时间按照15 min配置，计算需求 UPS 容量及配置数量见表2。

表1 IT设备用UPS容量及配置

表2 空调末端用UPS容量及配置

3.1.2 低压配电建设方案

楼层总用电量测算如表3所示。

表3 楼层总用电量测算

根据以上用电量测算，该楼层需新增3套2 500 kVA 2N 低压配电系统。

3.1.3 设备清单

采用传统低压配电+UPS 配电方案的设备清单如表4所示。

表4 传统方案设备清单表

3.2 采用预制化电力模块解决方案

采用预制化电力模块方案，其中的UPS系统及低压配电系统容量测算均与采用传统低压配电+UPS配电方案相同，各设备之间采用内部铜排连接，设备高度集成，供电系统如图2所示。

图2 预制化电力模块系统

采用预制化电力模块解决方案的设备清单如表5所示。

表5 预制化电力模块方案设备清单表

3.3 方案对比

（1）安全、可靠性：较传统方案，设备之间采用预制化铜排代替电缆连接，且集成智能化监控系统，全程实时监控设备运行状态，安全可靠性更高。

（2）维护性：较传统方案，设备高度集成，集中布置，集中监控，维护面小， 便利性更高。

（3）成本：与传统方案对比，共减少低压配电柜数量，且减少低压配电柜至 UPS 主机间 量连接电缆。以该项目设备实际采购价格与传统方案设备集采价格对比，节能投资约 17%。

（4）节省电力室占地面积：单套系统，由21台设备减少至14台，减少设备7台。以标准层为例，可减少配电设备占地面积约210 m2，以3 m2/机柜预估，可增加机柜约70架。

（5）建设周期：较传统建设模式，厂家预制化，现场拼装，省去大量电缆布放及端接，大大缩短建设周期，安装调试周期可由原来的2个月缩短至3周左右。

（6）效率提升：与传统方案对比，供电系统链路效率提升约0.3% ，主要为线路损耗减少，若预制化电力模块 UPS 采用智能在线工作模式，效率可提升约3%。

4 结 论

预制化电力模块技术从安全可靠性、维护便利性、成本、效率、建设周期以及节省占地面积上较传统方案均有一定的优势，在未来数据中心供配电领域必将成为新的发展趋势。