关于数据中心供配电系统设计的探讨

关于数据中心供配电系统设计的探讨

蔡晓平

广东南海电力设计院工程有限公司 528200

摘要：与日益加快的科技发展相比，当前供电系统设计面临转型升级的难题，为满足市场需要，国内市场掀起数据中心供配电系统设计热潮，数据中心对供配电系统性能要求较高，同时对数据处理与交换达到提速的效果。本文通过分析数据中心供配电系统设计要求，阐述了数据中心供配电系统设计注意要点，以期对读者产生一定帮助。

关键词：数据中心；供配电；系统设计

引言：供配电系统是数据中心运行的核心要素，供配电系统为整个数据中心提供数据支撑，保证供配电设备的运行稳定性，同时可以使整个供电效果更加可靠。数据中心供配电系统设计合理化，可以保证数据中心的运维效果，满足不同等级的供电需求，同时，数据中心与供配电系统设计相结合，能够降低供电损耗量，使供配电系统运行更加成熟。

1数据中心供配电系统设计要求

1.1应用差异要求

在进行数据中心供配电系统设计时，需要将供配电系统划分为工业建筑应用方面和民用生活方面，不同的应用范围，对数据中心大小要求存在差异，对于工业建筑应用方面，国家要求工业园区能够构建能源服务体系，同时，完善电力需求侧管理制度，需要兼顾用电设备改造以及可循环能源利用，提升工业建筑产能指数，从而达到全面提升工业领域能源应用效果的作用。而民用数据中心供配电系统设计要求电力设备质量符合国家标准，同时要接入经济、实用、环保的供配电设施，还需满足居民生活需要，并且将配套供配电设施纳入规划设计之中，预留出10 kv开闭所需的电力通道，并且因地制宜，缩短建设周期，维护运维成本。

1.2弹性设计要求

为满足各区域用电需求，在供配电系统运行过程中，需要保证电源系统不间断运行，使得供配电系统满足不同用户需求。因此，在进行设计时，需要满足弹性设计要求，结合供配电供给区域大小，设计数据中心规模，以保证供配电设计方案选择科学合理。数据中心供配电系统弹性设计，一方面，保证了电力供应的稳定性，另一方面，避免了数据中心供配电系统扩大导致的成本增加，通过预留设计，控制了投入成本，同时节约了电力供应损耗。数据中心供配电系统运行过程中，由于数据中心承载能力有限，根据国家标准规范设备UPS容量计算，数据中心供配电系统采用2n配电模式，变压器负荷保持在50%以下，数据中心基本容量计算公式设计为，不间断电源系统的基本容量大于等于1.2电子信息设备的计算负荷，列式可得E≥1.2P。

2数据中心供配电系统设计注意要点

2.1布局合理

数据中心供配电系统在设计过程中，需要了解供配电系统线路进行知识，通常情况下，供配电系统线路越长，那么带来的能源损耗量越大，例如，供配电初始电压为380伏，在供电线路运行过程中，如电阻为10欧，那么所产生的能源损耗量在十四千瓦左右，经对比可发现，其用电量相当于高密度设备用电量的两倍。同时合理布局需要对数据中心it负荷进行计算，主要测算单位功率密度和单机柜功率密度，其中单位功率密度有两种计算方法：①IT设备单位功率密度×净机房建筑面积；②It设备UPS配置单位功率密度×净机房建筑面积。单机柜功率密度计算方法为：IT设备单机柜功率密度×机房机柜数。在确定布局合理后，进行系统安装。为贯彻节能减排发展要求，在进行供电设备安装过程中，需要尽量缩短配电柜与电源系统之间的距离，在考察各用电设备负荷能力后，进行合理布局，保证使用运维便利度，从而保证各级供配电设备线路，在不影响设备运行前提下，最大限度发挥自身优势，从而降低能源消耗，保证资源的合理运用。

2.2设计规范

供配电系统设计，需要满足配电设备动力要求，同时，方案选择具有规范化的特点，由于各区域数据中心大小不同，所需要考虑的供配电系统设计功能也存在差异，当数据中心机房设计较大时，可以设置UPS供电系统，专业变压器，同时保证UPS供电系统仅为总供电设备独立供应。当数据中心供配电系统较小时，需采用抵押馈电线路供电，以保证较高的供电质量，在进行供配电系统设置时，需要最大限度的降低配电级数，在保证数据中心供配电系统设计质量的同时，提高供电系统效率。但是，在供配电系统选择时，无论是大型数据中心掌控，还是小型数据中心掌控，都需要保证电源系统为不间断电源系统，其数据中心动力设备，需要保证独立的线路供应，同时设置手动操作和智能操作两种准备装置，规范数据中心供电系统设计，保证数据中心数据的高速运转，以及保证工作人员快速实施各类操作，以下数据中心供配电方式构架对比，如图一所示。

图一 构架对比

2.3并联设计

数据中心供配电系统设计，需要工作人员反复探讨其设计可靠性，在系统设计过程中，供配电系统设备合理使用，可以使得故障发生，保持在规定范围之内，同时减少故障带来的影响，而在供电系统进行调整过程中，假如UPS受到一组ATS故障影响后，会导致整个供配电系统出现故障，因此，在进行系统设计时，需要进行并联设计，这样既能保证供配电系统满足数字中心应用需求，又能在多台设备同时运行过程中，某台设备出现故障后，使得供配电系统，不受故障影响，在保持供电状态下，将故障设备单独提出进行维修。而数据中心在使用过程中，及主机房内设置较多设备，因此，为保证数据运行准确性，通常由供配电系统为数据中心提供电力，也就是说，供配电系统是数据中心运行的动力，当供配电系统出现故障后，会导致数据中心数据出现疏漏，从而影响整个系统的运行，采用并联设计，可以最大限度降低供配电设备故障带来的数据异常或区域性断电，但并不能完全避免这一影响，因此，大型数据中心为保证数据安全，需要设置专门的电力变压器进行供电，在进行数据中心供配电系统设计时，需要充分考虑数据中心形态，以及未来发展趋势，为数据中心扩展预留发展空间。采用并联式数据中心供配电系统设计，可以有效防止出现供电系统自身能源损耗，另外，并联式设计，使得在检修过程中，工作人员可以先将设备进行隔离开关供电，自主进行抽查检修，在检修过程中，不会出现负载停电，影响整个供配电系统的情况。当多个数据中心同时运营时，为保证数据实时传输，需要安装技术容错系统，使得二者互为备份，如图二所示。

图二 数据中心供配电方式

2.4损耗调控

进行数据中心供配电系统设计，需要将其应用模板化，通过模板化设计，降低电能损耗，达到人工调控损耗的目的，从而避免资源浪费。应用模块化，不同以往可以切断电源的系统，而是在数据中心的电源系统主机系统区域内，按照相关安全施工的条例，以实际负荷电量为标准，配置上相映的不间断电源系统模块。因为系统电量的损耗，会随着设计方案差异出现变化，所以在实际应用和操作上，操作不当或使用情况增加下，电量负荷过重、无法承载系统的联系，就可以采取热插拔的手段来操作功率相同的不间断电源系统模块功能的开启，多了这样一道流程之后，可以有效的降低不同断电源系统的功率损耗，有助于整体的运行和使用寿命。除此之外，还可以使用智能PDU，通过现代高效便捷的智能化和网络化的科技手段，采用电子数据来精准测算和检测使用的数量，辅助声音、光源、短信通知，手机报警等方式对异常的用电情况及时的进行预警和监测，有效的帮助用户可以实时了解电源的用电情况和用电安全，并且降低资源的损耗，是一个安全高效的应用手段。

结论：综上所述，为了最大限度降低供配电系统运行过程中，造成的电能损耗，全面推行数据中心供配电系统设计，可以有效降低电能损耗，同时，有利于加快运维速度，使得供配电系统设计更具稳定性与安全性。只有数据中心供配电系统设计方案满足了当前数据化时代要求，才使得数据中心供配电系统方案设计运行趋于完美化。

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