IDC数据中心模块化机房供配电系统浅析

IDC数据中心模块化机房供配电系统浅析

赵海伟

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司 河南省郑州市 450052

摘要：信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，对提高企业竞争力至关重要。企业的信息涉及面广，各种应用系统需有效地共享数据，急剧增长的数据量使得既有的存储容量和应用系统难以适应企业的需要。因此建设高可靠、大容量的互联网数据中心（IDC）十分必要，从而对IDC供配电系统的设计和调试方法有了高要求，例如电源的安全性、有效性及备份等。本文先介绍了IDC的概念和对供配电系统的要求，接着分析了IDC配电系统的设计和调试方法。

关键词∶IDC数据中心；模块化机房；供配电；探索分析；

前言

数据中心机房供配电系统应规划合理，具有较强的可靠性、扩展性及改造升级的能力，适应多样化计算机设备运营管理需求发展变化，满足不同客户对数据中心机房等级的需求。

一、IDC的概念及对配电系统的要求

1.IDC的概念

IDC即互联网数据中心，随着互联网的迅猛发展逐渐被人们所关注，目前IDC已成为全球互联网事业中的重要组成部分。IDC服务于各大企业、各类网站、提供网络服务的商户和媒体等，为这些行业提供多种安全稳定、质量较高且规模较大的业务，例如空间的租用服务、服务器专业托管服务、ASP、网络批发带宽以及EC等"。IDC最初源自ICP对高速的互联网的需要。美国始终是全球经济发展较快速的国家，美国的一些网络运营商，为了谋取更多利润，故意降低网络的互联带宽。因此使用网络的客户就必须在各个运营商的机房分别放置服务器，造成了经济上的损失。IDC就是为了有效地解决这一难题而诞生，IDC可以让客户放心地托管服务器，并且服务器的访问速度得到了大幅增加。

2.IDC对配电系统的要求

随着近几年互联网技术的发展，互联网数据中心IT设备的功耗从平均单台机柜2kW提高到了平均单台4kW、6kW甚至部分机柜已达到了单台10kW，数据中心的功率密度也在不断提高。IDC外市电的引入，从原来的10kV到现在35kV甚至110kV。随着时代的发展，目前我国社会的顺利发展还需要更多更全的数据信息，而这些数据信息的安全性与稳定性成为人们追求的目标。配电系统的安全可靠性能会随着等级不同或用法不同的互联网数据中心，要求各不相同。通常对可靠性的要求为99%，这是普遍大体上的要求，还有要求较高的。

二、传统IDC存在的问题与规划原则

1.问题

传统IDC存在场地浪费严重、数据中心容量大量闲置、高能耗、高PUE（能源利用效率）、运维管理效率低、交付周期传统长、初始投资巨大、成本高等问题，难以满足IDC业务的高速增长需求。新技术发展进一步给IDC的规划发展提供了新契机。一方面，基于云计算的IDC发展建设进一步推进，并且成为大多政府部门、企业、园区关注引进的重点;另一方面，基于移动互联网的业务应用发展飞速，社会内网络服务、高清视频、电子商务等业务的大幅度增加给IDC市场带来持续的需求。IDC规划需在"现在"和"未来"之间作平衡。

2.IDC规划原则

规划是建设的核心，是指导建设的重要前提。IDC规划要在业务统筹的基础上，区分业务类型、业务星级，依据各地市IDC业务定位及机楼星级进行匹配部署，满足传统IDC业务需求。利用云计算技术，从建设模式、用户行为、业务模式和网络承载方面改变传统IDC，向以客户为中心、以服务为导向，低成本、高速度、低能耗、多服务的整合型服务转变。除了基础的带宽出租和主机托管业务外，提供安全服务、代理代维等作为IDC增值业务。

三、IDC供配电系统设计

1.国家规范对IDC供配电设计的要求

根据GB50174-2017《数据中心设计规范》的要求，将数据中心分为A级、B级、C级三个等级。在以往IDC设计经验中，国内IDC建设多为A、B级数据中心，但用户出于多方面考虑，IDC的供配电系统多以A级标准来建设。以下是国标对A级数据中心供配电系统的部分要求∶应由双重电源供电;变压器配置为2N;后备柴油发电器配置为N+X;基本容量应包括不间断电源系统及基本制冷设备;不间断电源系统配置2N或N+1，并需要自动转换旁路及手动维修旁路;空调系统双电源供电，并由末端切换等。

2.供配电系统架构

IDC内IT负荷及机房空调按一级重要负荷考虑，用电负荷按设备总用电量的20%~30%进行预留。整个供配电系统划分为两个相对独立的部分∶第一部分为IT设备配电系统，低压配电系统供电不间断电源，再由不间断电源为机房内IT设备供电;第二部分为辅助设备（空调等）配电系统，一般由双路市电供电，并在末端进行ATS切换。

3.用电负荷的估算

整个IDC用电负荷的估算是外市电引入的前提，如何对IDC用电负荷进行准确的估算也是设计方案阶段重要的一环。准确的用电估算不可缺少的要素为∶IT负荷单机架功耗;IT负荷同时系数;PUE（需根据IDC所在地区及空调形式等确定）等。

4.市电供配电系统设计

由于IDC规模的不同，在此仅对10kV中压及0.4kV低压的供配电设计进行讨论。设计中一般对10kV侧采用单母线两分段接线。每两段母线间设置分段断路器联络开关，平时联络开关分闸运行，当任何一路进线或主变失电时，合上联络开关，另一路电源、主变仍可确保所有重要负荷的可靠持续供电。系统中在每段母线上预留油机电源接入的接口（采用10kV柴油发电机时）。10kV中压配电系统采用放射式接线方式，10kV/0.4kV配电变压器按深入负荷中心原则设置，10kV/0.4kV变压器按照所需重要负荷2N（1+1）冗余考虑，一用一备，互为备用。每套系统中，任何一台变压器都能够独立负担全部重要负荷。两路电源采用单母线分段供电方式，两段母线间设置母联。

5.不间断电源系统设计

IDC不间断电源系统的主要形式有∶高压直流系统，UPS系统以及48V直流供电系统。一般非运营商的IDC多采用UPS系统。对未来不断增加的设备，UPS容量可以扩充以满足需求。UPS多采用2N或N+1的形式，运用两台或多台UPS电源系统进行连续的并机运行，组建并机形式双电源的回路。

四、IDC关键技术——微模块

1.一体化集成∶微模块集成了机柜系统、供配电系统、温控系统、机房管理系统、防雷接地系统、消防系统和综合布线系统，高集成设计，提供完整的解决方案。一体化配电柜集成配电、UPS配电、空调配电和IT设备配电，为服务器、存储、网络设备和综合布线柜设置不同的供电电流，支撑混合密度组网。架构兼容∶风冷、水冷架构兼容，客户选择灵活。模块化配电，支持柔性升级。

2.安全可靠∶支持通道级门禁（可选）、机柜级门禁（可选），避免无关人员进入，提高机房安全性;集成消防系统（可选），提高机房安全性;具备应急通风功能，如空调出现故障，机房温度过高时，自动打开天窗;长备电时间;UPS均配置手动维修旁路，正常工作时手动维修旁路开关处于锁定状态，避免由于误操作引起电气事故;模块化UPS，能可靠地实现N+1、2N冗余，提高系统的可靠性;强电和弱电、光纤和网线均分开走线，减少电磁干扰。快速灵活部署∶集成化设计支持主设备随办公点搬迁。

结束语

对于大型的IDC数据中心项目，对不同模块化机房采用不同配电等级的供配电系统，并预留后期扩容及升级的条件。既有利于建造出满足不同客户等级需求的IT机房，又有利于降低初期投资和后期运维成本。

参考文献：

[1]郑卓文，叶青，任忠惠.一种IDC机房资源管理系统设计方案[J].信息通信，2017（12）：210-211.

[2]GB50054—2011，低压配电设计规范[S].