预制式供配电模组技术的分析与展望

杨海健

摘  要：随着科学技术的飞速发展，供配电系统也在不断创新和发展。本文简要分析了预制式供配电模组技术，并对该项技术的发展趋势进行了展望。

关键词：预制式;供配电;模组

一、预制式供配电模组及其分类

基于全球领先互联网企业的创新实践来看，“预制化”正成为数据中心供配电发展的主要趋势之一。预制式供配电模组是将传统供配电系统中分隔的中压配电系统、变压器、低压配电、UPS和智能电力监控管理系统按照整体解决方案设计，以模组化、预制化和智能化为设计方向，整体融合成一体化供配电系统解决方案。系统内采用工厂预制的铜排连接，标准化的一次二次接口，实现工程产品化，设备与现场解耦，内置电力监控管理系统，对系统中的中低压配电系统、UPS、变压器等设备进行统一集中式监控管理，从而实现数据中心快速部署以及智能化监控管理。整套系统大大简化供电链路，具备统一管理、高可靠性、节省空间、经济美观等特点，为用户提供立项和完善的电源解决方案，为数据中心提供安全可靠连续的电源保障。

預制化供配电系统可以从功率、类型、电源等几个维度进行分类。从功率角度来看，预制化供配电系统的容量范围在100 ～2500 kVA，而容量之所以控制在2500 kVA以内，主要是受限于民用变压器本身容量的限制。从类型来看，预制化供配电系统包括中低压一体化、低压一体化两种模式，目前在行业数据中心建设中，更多的是采用低压一体化的预制式解决方案。从电源类型方面来看，预制化供配电系统主要采用UPS系统及240V高压直流系统，其中在行业数据中心， 400 ～800 kVA颗粒度的UPS是最主要的应用。

二、预制式供配电模组的特点

1.预制化实现系统的快速部署

预制化供配电系统的最大特点之一，就是部署速度快。预制化供配电系统和预制化数据中心理念相同，是一种全新的不同于传统供配电建设的方式，设备在场外进行预制和模块装运，并且在现场进行组装。预制化供配电系统进行定制，以适宜于特定项目的地理位置、气候、技术规范、IT应用及商业目标，同时利用模组化设计实现高效性和经济性。对于数据中心用户来讲，预制化供配电建设模式是一种全新的理念和方案，因此在设计及应用原则上，也需要从厂商等多角度进行考虑。重点考察厂商的核心工程能力、项目管理与维护服务能力，同时预制化供配电系统的成本也必须优于传统供配电系统建设综合成本。

2.模组化的高效耦合决定可用性

“模组化”也是预制化供配电系统发展的另一个主要趋势。预制化供配电系统可以实现与工程现场的完全解耦，但是预制化供配电系统是由多个独立功能的电气模组耦合而成的系统，而模组之间耦合的有机性、合理性就显得至关重要。所以，电气模组的耦合也必须符合一定的原则，才能保证预制化供配电系统的快速部署。传统数据中心的建设周期需要1～2年的时间，其中有相当长的一部分时间是用在机电安装等方面。而预制化的供配电系统，可以在工厂进行系统的预制化生产，能够节省大约60%左右的机电部署时间，这在很大程度上能够大大提升数据中心整体的部署速度。可以说，部署速度快是预制化供配电建设模式赢得大型互联网企业青睐的重要原因之一，充分满足了其快速扩展的数据中心需求和业务需求。同时，预制化供配电系统的领先之处还体现在高灵活性及性能提升上。预制化供配电系统是针对特定场景而采用的定制化设计，基本不存在固有的缺陷，并且在性能上能够满足整个系统的可用性需求。比如，相对于传统供配电建设方式，预制化供配电系统实现了适度的高密度、高集成，其系统损耗也相应降低，而效率则有有效提升。预制化供配电系统模组往往包含中压系统、低压配电系统、隔离变压器系统、谐波抑制系统、UPS输入和输出配电系统、UPS系统或高压直流系统，乃至末端的精密配电系统，以及自动一体化监控与管理系统、防雷系统等。这些系统作为独立单元在进行耦合的时候，模组之间的高效、耦合的合理性就决定了整个预制化供配电系统的可用性。多个独立系统进行有机耦合的最终目的，是实现整个供配电系统的快速、标准和正确的交付，而供配电模组化设计一般遵循两个最基础的原则，即一致原则和简约原则。一致原则，涉及连接和造型两个维度。其中，连接的一致性包括一次侧连接和二次侧连接，一次侧更多是电力主回路的连接，二次侧主要是二次回路监控管理的连接。相比于传统的连接方式，一次侧采用铜排连接，不仅不会受制于现场工况的限制，而且可以做到无外部桥架，更能提高部署速度，同时铜排连接散热效果更好，可靠性也由此得到更大提升。二次侧连接采用标准化、透明化的接口界面，能够将各个独立的电气单元模组快速接入，保证连接的快速性。此外，造型的一致性，能够实现整体系统的合理布局，减少外部拼接，简洁美观，体现工业之美。简约原则，重点在于简约优化，可用为先。预制化供配电系统在将全套设备融为一体的过程中，更多的需要采用简约、优化的原则。重要的是，采用简约设计原则的前提是以不牺牲可靠性为前提，在此基础上，实现整体供配电系统的简约化设计，保证系统的可用性。

3.智能化让系统运行更安全高效

数据中心供配电系统发展的另一个趋势是“智能化”。供配电系统有效地保障了数据中心的可靠运行，而智能化的作用就是保障供配电系统的安全。概括来说，智能化就是数据中心供配电系统的灵魂，保障整体供配电系统的运营安全和高效可用。供配电系统的智能化，是电力系统和监控管理的一个专业领域，需要专注于供配电系统自身的智能化运营管理。数据中心供配电的专业管理体现在多个方面，包括设备的运行状态、系统的仿真测试、整体运行的动态分析和问题处理，以及对供配电系统发展趋势和运营趋势的预测，这些都需要专业的理解和实践，才能对数据中心供配电系统拥有深层次的智能化解读。

综合而言，预制化、模组化、智能化已经成为数据中心供配电系统的主要发展趋势。针对这种全新的应用趋势，预制式供配电模组，不仅在数据中心领域得到广泛应用，而且在电力、工业、半导体、交通等行业领域也获得成功实践，产品在快速部署、安全高效、智能化管理方面的核心价值也得到了充分体现。

参考文献

[1]吴华勇，王安林，顾华. 预制式HVDC供配电系统的研究. 通信电源技术，2020，37（07）

[2]钟景华. 数据中心供配电系统设计. 电气应用，2021，40（02）