摘要：首先對大型數據中心負荷進行分析，重點研究供配電系統(tǒng)的規(guī)劃要點，為大型數據中心的建設提供參考，具有一定的現實意義。
關鍵詞：數據中心；供配電系統(tǒng)；規(guī)劃設計
0 引言
大型數據中心的建設具有很強的綜合性，涉及土建、機電、網絡、能源、消防等方方面面 [1]，因此做好科學規(guī)劃意義重大。 本文重點研究了大型數據機房規(guī)劃中供配電子系統(tǒng)，以期通過合理的規(guī)劃提高能源利用率，達到節(jié)能減排、安全高效的目標。
1 大型數據中心負荷分析
供配電系統(tǒng)是大型數據中心各類設備的主要電力來源，而供配電系統(tǒng)的規(guī)劃必須與數據中心的建設規(guī)模和設備數量、類型相適應，達到供電可靠的同時又實現了節(jié)能減排的目的。因此對數據中心的負荷情況進行分析十分重要。
負荷的分級：根據我國 2017 年頒布的《數據中心設計規(guī)范》（GB50174-2017），一般根據規(guī)模、性能、重要性等因素將數據中心劃分成 A、B、C 三個級別，其中 A 級最高，C級。顯然不同級別的數據中心，其供配電系統(tǒng)的設計是有區(qū)別的，但從應用的角度考慮，對于大型數據中心機房而言，無論是什么級別，都應保證在發(fā)生一次意外事故的情況下仍可正常運行。數據中心的供配電系統(tǒng)負荷也可以分為三個級別，考慮到機房中的大量服務器、網絡設備均要求連續(xù)不間斷工作，不允許供電中斷，因此大型數據機房大部分負荷都是一級負荷，要求采用雙電源供電。
大型數據中心的主要負荷：大型數據中心最重要的負荷是數據生產交換設備，例如服務器、交換機、存儲器等，這些設備應保證任何情況下都不能斷電，因此必須作為特別重要的負荷來設計供配電方案，采用兩路市電進線或柴油發(fā)電機等應急電源保證特殊條件下的連續(xù)供電。制冷設備也是大型數據中心的重要負荷，因為大密度的主機分布會產生大量的熱量，這些熱量散發(fā)大空間中使機房環(huán)境惡化，如果制冷設備由于斷電而停止工作，機房溫度將迅速上升，很容易釀成大面積的設備宕機或燒壞。所以制冷系統(tǒng)中涉及的空調主機、冷凍水泵、風機等設備均屬于一級負荷中的特別重要負荷。數據中心的動力設備允許出現短暫的電力中斷，但應該由 UPS 和柴油發(fā)電機等備用電源及時接續(xù)電力，也可認為是一級負荷中特別重要的負荷。另外，還包括消防設備和安防設備，均作為一級負荷中特別重要的負荷進行供配電規(guī)劃。
2 總體規(guī)劃要求
大型數據中心一般是對外開放的商業(yè)性計算資源，為了滿足客戶需求，規(guī)劃時應保證其高可靠性和高安全性。對于*數據中心，必須做到7×24有人值守，不允許發(fā)生單點故障，要求很高的容錯能力。為了減少成本、提高收益，機房規(guī)劃應考慮經濟性和可維護性原則，盡量減少初始投資和后期運維費用。大型數據機房由于工程浩大，因此需要滿足一定的靈活性和可擴展性，為數據中心的分期建設和分期投運提供保障。但數據中心的整體容量規(guī)劃以及結構設計必須一次性完成，避免給供配電系統(tǒng)的規(guī)劃帶來不必要的麻煩。因此，高壓配電系統(tǒng)的規(guī)范應與所申請的配額相適應，有針對性地確定供電系統(tǒng)的容量和變壓器型號。大型數據中心不允許出現設備斷電事故，因此應急電源配置要合理，本文采用雙路市電+UPS+柴油發(fā)電機的多層次應急供電方案。
3 大型數據中心供配電系統(tǒng)規(guī)劃
高壓配電系統(tǒng)：從我國目前的數據中心建設情況來看，供電等級以 35kV/10kV/6kV/3kV 幾種類型為主，以 10kV 的應用較為廣泛，具體等級根據實際需求進行規(guī)劃。主接線的母線可選擇有匯流或無匯流方案，配線則采用放射型或樹型。高壓配電系統(tǒng)必須具備高可靠性，采用雙路電源并聯(lián)進線，同時接入UPS 和柴油發(fā)電機等多種應急供電系統(tǒng)。變壓器必須采用容錯配置，采用雙路市電進線，必要時采用雙備份設計。
應急電源系統(tǒng)：應急電源系統(tǒng)規(guī)劃是大型數據中心供配電規(guī)劃的重點，也是難點。筆者推薦使用 N+1 配置柴油發(fā)電機，每組柴油發(fā)電機又單獨作為一套 2N 電源后備。在接線方案上，根據多年的實踐經驗，10kV 主接線應具有兩路電源，分別與兩段獨立的母線連接。當市電突然發(fā)生斷電時，兩路電源同時失電，此時柴發(fā)必須立即自啟動，保持母線持續(xù)供電。為節(jié)約室內空間，柴油發(fā)電機安裝在室外即可。
不間斷電源系統(tǒng)：不間斷電源在數據中心得到了廣泛的應用，是關鍵設備之一，目前采用較多的是UPS以及HVDC，但由于后者價格昂貴，技術復雜，因此通常只有越大型數據中心才會采用，一般的大型數據中心采用 UPS系統(tǒng)即可滿足需求。本系統(tǒng)的規(guī)劃采用2N配置的UPS方案，即把兩立的 UPS主機通過切換裝置連接在一起，當市電和柴發(fā)均無法供電時，UPS自動為數據中心接續(xù)電力。
4安科瑞列頭柜及監(jiān)測產品介紹
隨著數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數據中心配電系統(tǒng)方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。
AMC系列數據中心精密配電系統(tǒng)是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供精確的電參量信息，并可通過通訊將數據上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現對整個數據機房的實時監(jiān)控和有效管理，為實現綠色IDC提供可靠保證。
4.1精密配電管理解決方案
4.1.1交流系統(tǒng)
1）功能要求：
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
4.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V 開關電源 SBD-30 （48V）
4.2產品規(guī)格
4.3配套附件
5 安科瑞母線槽監(jiān)測產品介紹
5.1 概述
數據中心小母線系統(tǒng)是數據中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數據中心建設的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內的PDU分配電。始端箱和插接箱內可設置監(jiān)測模塊，將數據上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。
5.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；
2）直流系統(tǒng)功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；
5.3 產品介紹
說明：■為標配功能。
6 結語
本文提出的大型數據中心機房供配電系統(tǒng)規(guī)劃方案在某企業(yè)網絡數據中心機房進行了實施，目前已持續(xù)運行一年，期間成功處理了多次外電斷電事故，使企業(yè)免遭損失。實際上，本文的規(guī)劃方案是立足于傳統(tǒng)數據中心的，隨著技術的進步，一些采用新風自然冷卻技術的大型數據中心也開始得到應用，本文的規(guī)劃方案對于此類新型數據中心的供配電系統(tǒng)規(guī)劃也有重要的參考價值。
【參考文獻】
【1】 韋作韜. 數據中心供配電系統(tǒng)的節(jié)能方案 [J]. 通信電源技術,2019,36(08)：66-67.
【2】 魏支坤. 大型數據中心機房的供配電系統(tǒng)規(guī)劃.
【3】 安科瑞數據中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.
【4】 安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版.
作者簡介：
侯文莉，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心智能小母線監(jiān)控的研發(fā)及應用。
