數據中心供配電設計應用以及監控產(chǎn)品的設計

安科瑞虞佳豪

根據開(kāi)源證券研究所的統計結果，一個(gè)數據中心的能耗分布中，散熱系統的占比高達40%。也就是說(shuō)，數據中心每耗費一度電，只有一半用在了“計算”上，其他的則浪費在了散熱、照明等方面。計算和散熱幾乎陷入了一場(chǎng)零和博弈，計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，將直接影響數據中心的性能、密度和可靠性。

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

2020年，全國數據中心共耗電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。

預計到2025年，這個(gè)值將達到3952億千瓦時(shí)，占比將提升至4.05%。到2035年，數據中心的碳排放將比2020年增長(cháng)103%。

當前中國的電力結構仍以燃煤發(fā)電為主，在數據中心供電結構中，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。

數據中心電力成本，占其運營(yíng)成本的56.7%。如果不能控制電費，也將對數據中心的經(jīng)濟效益造成不利影響。

當前我國數據中心利用率不足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(cháng)的路要走。

近年來(lái)，隨著(zhù)數據中心的迅猛發(fā)展，數據中心的能耗問(wèn)題也越來(lái)越突出，有關(guān)數據中心的能源管理和供配電設計已經(jīng)成為熱門(mén)問(wèn)題，合理可靠的數據中心配電系統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的合理方式。結合相關(guān)技術(shù)規范分析某數據中心新舊配電方案的利弊，為新型模塊化機房的設計提供參考。

伴隨科技的發(fā)展，數據中心的數量、規模、功率密度不斷增加，建設等級不斷提高，而配電系統作為數據中心重中之重的環(huán)節，斷電或低質(zhì)量的供電都可能造成服務(wù)器宕機從而造成損失。如何優(yōu)化設計提高數據中心供電的安全可靠性，以確保電子信息系統不間斷穩定運行，成為數據中心設計者面臨的重要課題。對比傳統供配電方案，是否有安全經(jīng)濟、運行更穩定的供電方案是設計者在意的問(wèn)題。

數據機房末端配電方案

項目概況

某數據中心總建筑面積為1906.24㎡，其中數據中心總建筑面積為210.6㎡，包括1F數據機房、1F通信機房。功能區域包括主機房（機房、通信機房）、管理區（辦公室、互聯(lián)網(wǎng)設備間等）和輔助用房。

傳統配電方案一

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)電機引來(lái)，主備用電源和發(fā)電機電源在變壓器出線(xiàn)處切換，保證數據中心用電設備可靠用電?？紤]單臺發(fā)電機容量遠遠小于2500kW，且發(fā)電機臺數也未達到10臺以上，故選用0.4kV低壓發(fā)電機組。0.4kV發(fā)電機組中性點(diǎn)應采用直接接地方式，且發(fā)電機星形點(diǎn)之間連接的導體應保證絕緣。數據中心共設2套400kVAUPS系統，組成2N容錯型系統。雙回路、雙輸出柜可為數據中心電子信息設備、工位插座供電。UPS系統的蓄電池可為全部①級負荷提供15min的持續供電。數據中心的服務(wù)器單機負荷按照3kW考慮，大負荷不超過(guò)4kW。為避免數據中心UPS在電源切換過(guò)程中故障影響重要負荷的正常工作，市電與柴油發(fā)電機的切換開(kāi)關(guān)ATS應采用PC級且中性線(xiàn)重疊切換的四級開(kāi)關(guān)。

新型供配電方案二

隨著(zhù)技術(shù)創(chuàng )新，綠色節能理念的倡導，國際TGG組織提出了數據中心電力使用效率的衡量指標PUE。PUE是數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比，是DCIE的反比。PUE=數據中心所有設備能耗/IT設備能耗，PUE是一個(gè)比值，基準是2，越接近1表明能效水平越好，代表一個(gè)數據中心的綠色化程度越高。

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

新老供配電系統方案對比

UPS供電系統的輸出為工頻，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，電池仍然可以給負載供電，保障不間斷供電。UPS系統供電系統要比HVDC供電系統中間環(huán)節多，HVDC蓄電池直接和母線(xiàn)相連，省去了逆變環(huán)節，而每多級中間環(huán)節就會(huì )導致變換效率降低，從而導致能耗增加。

安科瑞針對HVDC方案推出的解決方案

安科瑞公司AMC16Z系列直流配電監控裝置是專(zhuān)門(mén)針對于數據中心服務(wù)器電源管理設計的測量裝置。該裝置設計小巧，能夠對A+B兩路進(jìn)線(xiàn)和192路出線(xiàn)的全電參量參數、輸入輸出開(kāi)關(guān)及防雷器狀態(tài)等實(shí)時(shí)監測，所有測量通道的告警閾值均可單獨設定，出線(xiàn)越限事件立即觸發(fā)系統聲光告警，并且可以搭配絕緣檢測模塊，可以檢測直流系統母線(xiàn)及支路的絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)的監測與管理，在傳統儀表的體積上實(shí)現了監控回路的高度集成。

產(chǎn)品型號

系統組網(wǎng)圖

搭配采集霍爾

本地觸摸屏系統

安科瑞長(cháng)期對數據中心行業(yè)進(jìn)行全方面的內外部環(huán)境分析，對國家政策、行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢進(jìn)行行業(yè)熱點(diǎn)分析，預測未來(lái)的行業(yè)發(fā)展方向，同時(shí)完善自身行業(yè)的各種應用解決方案，分析不同客戶(hù)需求，滿(mǎn)足不同客戶(hù)的應用需求。