數(shù)據(jù)中心供配電設(shè)計(jì)應(yīng)用以及監(jiān)控產(chǎn)品的設(shè)計(jì)

安科瑞虞佳豪

根據(jù)開(kāi)源證券研究所的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，一個(gè)數(shù)據(jù)中心的能耗分布中，散熱系統(tǒng)的占比高達(dá)40%。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)中心每耗費(fèi)一度電，只有一半用在了“計(jì)算”上，其他的則浪費(fèi)在了散熱、照明等方面。計(jì)算和散熱幾乎陷入了一場(chǎng)零和博弈，計(jì)算量越大散熱消耗的電量越大，如果不消耗足夠的能源提高散熱能力，將直接影響數(shù)據(jù)中心的性能、密度和可靠性。

一個(gè)數(shù)據(jù)中心，以6000個(gè)機(jī)柜算，一年要消耗約6億度電。而一些互聯(lián)網(wǎng)巨頭在一個(gè)城市布設(shè)了3個(gè)數(shù)據(jù)中心，一年就將消耗18億度電。而且數(shù)據(jù)中心一旦啟動(dòng)就不能停止。

2020年，全國(guó)數(shù)據(jù)中心共耗電2045億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的2.7%?？偰芎耐黄屏?千億千瓦時(shí)。相當(dāng)于燃燒了6千萬(wàn)噸煤，排放了1.6億噸的二氧化碳的發(fā)電量。

預(yù)計(jì)到2025年，這個(gè)值將達(dá)到3952億千瓦時(shí)，占比將提升至4.05%。到2035年，數(shù)據(jù)中心的碳排放將比2020年增長(zhǎng)103%。

當(dāng)前中國(guó)的電力結(jié)構(gòu)仍以燃煤發(fā)電為主，在數(shù)據(jù)中心供電結(jié)構(gòu)中，火電占比超過(guò)70%，會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體及其他污染物。

數(shù)據(jù)中心電力成本，占其運(yùn)營(yíng)成本的56.7%。如果不能控制電費(fèi)，也將對(duì)數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)效益造成不利影響。

當(dāng)前我國(guó)數(shù)據(jù)中心利用率不足60%，平均PUE>1.5，可再生能源利用率<30%，產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展還有很長(zhǎng)的路要走。

近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，有關(guān)數(shù)據(jù)中心的能源管理和供配電設(shè)計(jì)已經(jīng)成為熱門問(wèn)題，合理可靠的數(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)備能耗的合理方式。結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范分析某數(shù)據(jù)中心新舊配電方案的利弊，為新型模塊化機(jī)房的設(shè)計(jì)提供參考。

伴隨科技的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量、規(guī)模、功率密度不斷增加，建設(shè)等級(jí)不斷提高，而配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心重中之重的環(huán)節(jié)，斷電或低質(zhì)量的供電都可能造成服務(wù)器宕機(jī)從而造成損失。如何優(yōu)化設(shè)計(jì)提高數(shù)據(jù)中心供電的安全可靠性，以確保電子信息系統(tǒng)不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，成為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)者面臨的重要課題。對(duì)比傳統(tǒng)供配電方案，是否有安全經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行更穩(wěn)定的供電方案是設(shè)計(jì)者在意的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)機(jī)房末端配電方案

項(xiàng)目概況

某數(shù)據(jù)中心總建筑面積為1906.24㎡，其中數(shù)據(jù)中心總建筑面積為210.6㎡，包括1F數(shù)據(jù)機(jī)房、1F通信機(jī)房。功能區(qū)域包括主機(jī)房（機(jī)房、通信機(jī)房）、管理區(qū)（辦公室、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間等）和輔助用房。

傳統(tǒng)配電方案一

10kV高壓電源分別由2路不同變電站市電引來(lái)，高壓和低壓不聯(lián)絡(luò)，第三電源由動(dòng)力中心柴油發(fā)電機(jī)引來(lái)，主備用電源和發(fā)電機(jī)電源在變壓器出線處切換，保證數(shù)據(jù)中心用電設(shè)備可靠用電?？紤]單臺(tái)發(fā)電機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2500kW，且發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)也未達(dá)到10臺(tái)以上，故選用0.4kV低壓發(fā)電機(jī)組。0.4kV發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)應(yīng)采用直接接地方式，且發(fā)電機(jī)星形點(diǎn)之間連接的導(dǎo)體應(yīng)保證絕緣。數(shù)據(jù)中心共設(shè)2套400kVAUPS系統(tǒng)，組成2N容錯(cuò)型系統(tǒng)。雙回路、雙輸出柜可為數(shù)據(jù)中心電子信息設(shè)備、工位插座供電。UPS系統(tǒng)的蓄電池可為全部①級(jí)負(fù)荷提供15min的持續(xù)供電。數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器單機(jī)負(fù)荷按照3kW考慮，大負(fù)荷不超過(guò)4kW。為避免數(shù)據(jù)中心UPS在電源切換過(guò)程中故障影響重要負(fù)荷的正常工作，市電與柴油發(fā)電機(jī)的切換開(kāi)關(guān)ATS應(yīng)采用PC級(jí)且中性線重疊切換的四級(jí)開(kāi)關(guān)。

新型供配電方案二

隨著技術(shù)創(chuàng)新，綠色節(jié)能理念的倡導(dǎo)，國(guó)際TGG組織提出了數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標(biāo)PUE。PUE是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載使用的能源之比，是DCIE的反比。PUE=數(shù)據(jù)中心所有設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE是一個(gè)比值，基準(zhǔn)是2，越接近1表明能效水平越好，代表一個(gè)數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。

通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析得出高壓直流（High-voltagedirectcurrent，HVDC）供配電系統(tǒng)、交直流一體供配電系統(tǒng)、UPS+HVDC的工作效率較高，能提高數(shù)據(jù)中心節(jié)能指標(biāo)。

新老供配電系統(tǒng)方案對(duì)比

UPS供電系統(tǒng)的輸出為工頻，濾波損耗較大，HVDC為高頻濾波且占地面積更小。UPS的電池在輸入端，如果UPS本身發(fā)生故障，負(fù)載依然會(huì)發(fā)生停電；而HVDC的電池在輸出端，即使HVDC本身發(fā)生故障，電池仍然可以給負(fù)載供電，保障不間斷供電。UPS系統(tǒng)供電系統(tǒng)要比HVDC供電系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)多，HVDC蓄電池直接和母線相連，省去了逆變環(huán)節(jié)，而每多級(jí)中間環(huán)節(jié)就會(huì)導(dǎo)致變換效率降低，從而導(dǎo)致能耗增加。

安科瑞針對(duì)HVDC方案推出的解決方案

安科瑞公司AMC16Z系列直流配電監(jiān)控裝置是專門針對(duì)于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源管理設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置。該裝置設(shè)計(jì)小巧，能夠?qū)+B兩路進(jìn)線和192路出線的全電參量參數(shù)、輸入輸出開(kāi)關(guān)及防雷器狀態(tài)等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所有測(cè)量通道的告警閾值均可單獨(dú)設(shè)定，出線越限事件立即觸發(fā)系統(tǒng)聲光告警，并且可以搭配絕緣檢測(cè)模塊，可以檢測(cè)直流系統(tǒng)母線及支路的絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與管理，在傳統(tǒng)儀表的體積上實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控回路的高度集成。

產(chǎn)品型號(hào)

系統(tǒng)組網(wǎng)圖

搭配采集霍爾

本地觸摸屏系統(tǒng)

安科瑞長(zhǎng)期對(duì)數(shù)據(jù)中心行業(yè)進(jìn)行全方面的內(nèi)外部環(huán)境分析，對(duì)國(guó)家政策、行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行行業(yè)熱點(diǎn)分析，預(yù)測(cè)未來(lái)的行業(yè)發(fā)展方向，同時(shí)完善自身行業(yè)的各種應(yīng)用解決方案，分析不同客戶需求，滿足不同客戶的應(yīng)用需求。