数据中心供电系统可靠性设计

数据中心供电系统可靠性设计

李爽  宋寅

中国邮政储蓄银行数据中心，安徽 合肥  230000

摘要：现有社会市场经济与科技技术发展速度不断加快，企业数据中心建设规模进一步扩大。数据中心基础设施包括供电系统、暖通系统、消防系统、门禁系统、安防系统和动环监控等系统。保障数据中心正常运行的核心为供配电系统，本文首先提出数据中心供电系统概念，分析数据中心供电系统设计现状，明确数据中心供电系统各组成要点。

关键词：数据中心供电系统；可靠性设计；要点

前言：数据中心的供电系统应当始终处于高效稳定运行状态，且具有扩容便捷、容错能力强等优势。供电系统由中压柜、变压器、UPS、低压柜、列头柜等组成，动环监控管理系统作为辅助设施，各设备之间即相互独立又相互关联，任一设备出现故障，供电系统的可靠性都将受到影响。

1、数据中心供电架构及现状分析

1.1供电系统结构

数据中心供电系统与普通建筑供配电系统不同，电力系统需确保99.999%以上的供电可考虑率。为达到这样的效果，每个机房全部配备了双路高压供电，通过变压器将10kV高压降为0.4kV低压，再通过UPS不间断电源系统将电源提供给每个机房，等级较高的数据中心，每路UPS也做了冗余备份，确保极端条件下，机房供电不受影响，同时为了防止外市电出现中断，数据中心还配备了柴油发电机组，当外市电断电时，机房由柴发机组供电，机房供电仍不受影响。

1.1数据中心供电设计现状分析

在数据中心供电系统设计环节，应当加强数据中心电力供应水平，在数据中心供电系统设计中采用双电源进线供电方式双路电源同时供电，互为备用，电力系统接入到高压配电柜后经变压器、低压配电柜和UPS不间断电源，电源通过UPS逆变更加清洁的380V交流电源，供给机房，正常情况下每路电源各承担40%负荷，当任一路电源出现故障时，可由另外一路电源提供供电，当双路电源同时出现故障时，备用电源柴油发电机组立即启动，为机房提供电源。目前油机电源也全部做到了自动化，整体切换时间较短，在切换的过程中，机房可由UPS电池逆变供电。

2、数据中心供电系统可靠性设计方式

2.1供电系统可靠性概述

部分用户在规划数据中心机房供电系统环节没有清楚认知的保障供电系统可靠性的重要意义,仅投入更多安全保护设施或者更新系统设备。还有部分管理者认为变压器可以抵抗干扰，必须在UPS系统内部中配备变压器，导致系统内部过于复杂、建设成本提高。但实际情况下，电源变压器并不抗干扰。由此可见，保障供电系统可靠性需要细致分析不同设备运行功能，加强设备整体管理水平，对各类电气设备进行灵活配置。

2.2供电系统可靠性分配

供电系统内包括中低压配电柜、变压器、UPS、电缆和后备发电机组，每一环节都对应一定可靠性。在可靠性分配过程中需要细致分析供电系统内各环节的结合匹配度，例如供电系统内各环节的连接处牢固性、输出端与接线排规格的适配度。

2.3提高供电系统可靠性途径

仅选择适宜的供电设备保障良好的供电效果，在不间断电源应用过程中，部分用户担心三相输出的UPS不间断电源在三相负载电流不平衡时也会出现三相电压不平衡问题，进而提出了三进单出结构形式，现阶段三相输出的UPS不间断电源均具有三相负载100%的不平衡能力。在三相负载100%不平衡时，电压不平衡度不会超过2%。现阶段三进单出结构间断电源系统更容易出现输出端过载、断路或逆变器故障等问题，需要在具体设计过程中将输入电路增容至原来的三倍将输入端增容至原来的三倍。

因并联不间断电源系统的各单机模块在并联状态下具有统一转旁路特征，因此可以使用第2代N+X模块冗余结构，及时更换故障模块，降低转旁路运行期间的故障问题发生概率，增强供电的可靠性。

2.4提升供电系统可靠性的措施

为切实保障数据中心供电水平，制定出专项可行的连接方案，选择合理的数据中心供电设备，确保设备能够达到良好供电效果。

针对供电系统中的UPS设施过程中，部分设计人员认为在三相输出的UPS三相负载电流不平衡的情况下，电压值也会不平衡。按当下三相输出UPS均具有三相负载不平衡能力，在100%不平衡情况下，电压不平衡度也不会超过2%。在UPS出现输出端过载、短路及逆变装置故障时，开关会自动闭合，导致过载跳闸问题出现。

3、数据中心供电系统运行可靠性关键技术

3.1冗余供电模式

提高数据中心机房供电系统的可靠性也需要注重设置电源功率标准。现阶段数据中心机房主要采用双电网供电模式，该模式能够进一步提高机房供电系统运行时的稳定性及安全性，但在供电模式实施过程中，容易出现连接问题，需要采用冗余连接方式开展并联工作，增强设备承担荷载的能力，确保不间断电源系统始终处于稳定运行状态。

3.2容错技术

容错技术主要就是在供电系统出现故障的情况下，系统对故障问题的容忍能力。容错技术可直接影响到数据中心供电系统运行期间的安全可靠性。在容错技术运行过程中，需要首先对故障进行检测，借助容错设施找到故障点位置，而后采用自动化隔离方法，避免故障问题，对供电系统自动化系统整体运行效果造成不利影响。

4、数据中心供电系统可靠性设计管控对策

4.1加强数据中心供电系统管控力度

为确保数据中心供电系统系统的建设工作能够始终趋向于规范有序化开展，还需要进一步完善数据中心供电系统建设规划体系。结合国内外数据中心供电系统目标及任务，优化数据中心供电系统系统管控要求。基于国际化标准及行业标准，切实优化数据中心供电系统系统管控目标及任务。

在原有基础上加大数据中心供电系统监控系统建设工作的投入力度，进一步解决存在于数据中心供电系统系统建设与优化工作中的各类问题。细化数据中心供电系统监控系统建设流程，重点关注数据中心供电系统监控系统建设环节的运维工作，制定出专项可行的数据中心供电系统监控系统运维管控机制，避免因系统故障问题导致重要供电系统企业信息丢失，引发不必要的损失。

4.2构建专业数据库

为从根本上提升数据中心供电系统监控系统的运行水平，还需要建立起功能完善的数据中心供电系统监控系统数据库。进一步加强供电系统生产、运营等信息管控力度，将各地供电系统企业数据库纳入到集中信息港中，以充分发挥出供电系统企业信息资源应用优势。在数据库建立期间，还需要结合行业具体情况以及国家相关标准，基于现有电子文档平台，形成供电系统企业目录数据库全文数据库以及多媒体数据库。

建立起科学的自动化传输渠道，确保供电系统运行期间的信息资源能够更好实现公开共享目标，将数据中心供电系统的建设工作纳入到行业规划中，切实提升供电系统企业数字资源利用水平。

总结：总而言之，为从根本上提升数据中心运行水平，为各领域提供满意的数据服务，需要在数据中心建设过程中着重关注供电系统的建设工作。分析能够影响到供电系统运行可靠性的各类因素，不断优化供电系统设计方案内容，确保供电系统能够为数据中心提供稳定持续的电力资源，在推动行业数字化发展中发挥出重要作用。

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