浅述数据中心供配电系统解决方案及产品选型

安科瑞 华楠

【摘 要】现如今，社会主要领域已从对单个设备的关注转化为对于系统解决方案的关注，数据中心的供应商们也想尽办法去满足所面对的各方面需求。基于此，主要提出了云计算数据中心供配电解决方案，同时还对数据中心供配电系统解决方案进行了简要的分析

【关键词】数据中心；供配电系统；UPS

1云计算数据中心供配电解决方案

  随着网络信息的不断进步，为了能够更好地满足市场的多方面需求，我国的通信行业数据中心逐渐向云计算的方向发展，不断加强云计算数据中心的建设已逐渐成了现如今通信行业前进的主要方向。云计算数据中心能够将计算资源、网络资源等多项资源整理在一起，为所服务的人群提供更高品质的服务，云计算数据中心的形成也为我国通信运营商带来了更多的利益。云计算数据中心拥有大量 IT 设备、空调设备及消防设备等，拥有一个持续、可靠、安全的供配电系统尤其重要。 在本文中，笔者结合重庆某云计算数据中心的实际设计过程，总结了 一些云计算数据中心供配电系统设计体会。

  云计算数据中心配电解决方案主要是指为 UPS 电源的输入和输出配电提供安全的、可管理的、可扩展的、可维护的配电一体化系统。伴随着科技的不断发展、网络的不断强大，涉及计算机网络的数据中心建设的标准也在不断提升。

  云计算数据中心配电系统具有智能、一体化、模块等主要特征。它将交流输入配电以及 UPS 输入配电等多种内容结合在一起，对电流以及电量计算等许多数据都实现了智能监测，可以通过自身的意愿选取不同的组建方式进行不同内容的表达，为用户的配电设计提供最为合理的解决方案。

  随着科技的不断发展数据中心大容量 UPS 逐渐走向高频化，相关的厂家也都生产出了自己的高频 UPS，在几年前使用高频 UPS 供电系统还有许多的反对声音，但是随着不断发展，人们已逐渐接受了高频 UPS 供电系统。高频 UPS 主要具有输出功率因数较高、功耗较小、体积小等诸多优点。在倡导节能减排、绿色环保的今天，高频 UPS 供电系统必将成为主要发展趋势。

  数据中心并不是一个单一的个体，现如今已有越来越多的网络用户了解这一点，特别是云计算数据中心，初期设计对后期的多项工作都产生了较为明显的影响。整体设计理念的实施促使配电系统、制冷系统以及机房环境系统等多个方面的和谐进步。为了满足社会发展的需求，绿色环保已成为各个领域发展的首要前提，安全性能也越来越受到重视。云计算数据中心的供配电系统安全系数的高与低对于用户来说是非常重要的。云计算数据中心涉及的基本设备是 IT 设备，一个安全可靠的配电系统是极其重要的。对供配电系统监控类安全的功能进行各式各样的探索，这是技术安全性稳步发展的主要体现，与此同时，技术类的发展革新的另外一个主要方向即为绿色节能。在海内外各个绿色行业发展的大趋势下，在供配电的解决方案中调节以及远程监控这些技术都得到了不断的改进，就不同的区域来说各个设备的功能特点也不同，要进行分区域的温度控制，按照配电室、电池室以及IT 主机房等多个方面的不同要求，要进行相对应的湿度及温度的控制，以此来取得最佳节能效果。

2　数据中心供配电系统解决方案分析

2.1　热备份串联供电方案

  串联备份技术相对于其他技术来说更为成熟，因为它发展时期较早，使用的范围较广。在多种关于 UPS 技术的相关资料中显示，串联也可称为热备份，大多数人们都将它简称为串联。这一供电方案中两台串联的 UPS 都是非常完整并且都有着属于自己的旁路的在线类型的 UPS 单机。这两个 UPS 单机只有电源线作为其连接媒介，再无其他信号的连接。通常都是主机全面进行负载供电，从机基本是没有负载的。

  这一方案的主要优点就是结构较为简单，安装过程非常便捷，相对价格也较为合理，多个不同公司的 UPS 也可以进行串联使用。这一方案的主要缺点就是要想不间断负载用电的扩容就必须要持续进行带电工作，危险系数也随之增大，同时主从机器的老化情况不能够保持同一水平，从机的电池使用寿命不断缩短。当发生短路情况时，从机逆变器更加容易发生问题。

2.2直接并机供电方案

  直接并机供电方案的主要形式就是使多个同种型号以及同一功率的 UPS 经过并机柜或者并机板，再将输出端相接连成。这一方案的主要功能就是多台机器共同承担负载功率，其主要原理就是在通常条件下，多个 UPS 都有逆变器的输出平均分担负载以及电流，当其中一个 UPS 发生问题时，其余的 UPS 将会再次分担全部的负载。实现并联冗余的基础就是

处理好下面几项相关内容：

（1）每个UPS逆变器输出的波形的相位以及频率都应相同；

（2）每一个UPS逆变器所输出的电压都应相同；

（3）每一个 UPS 都应平均分担其负载；

（4）如果 UPS发生问题时，可以迅速脱机

这一方案的主要优点就是多个 UPS 可以平分其负载，可靠性也可以大幅度提升；对于扩容这一部分与以前的其他方案相比较也变得简便得多；在正常的工作期间可以平均分配其负载，进一步延长系统寿命。另一方面这一方案的主要缺点就是成本相较于其他方案来说有所提升，在并机输出的那一侧仍然具有单点故障。

2.3双母线供电方案

  早期使用在数据中心中的 UPS 供电方案所输出的配电系统总是出现开关跳闸、保险丝烧毁等常见问题。为了确保机房 UPS 供电系统的可靠程度可以维持在一定高度，2N 或者

是 2（N+1）的系统逐渐被大中型数据中心所采纳。

这一方案的主要特点包括以下几方面

（1）为了控制系统实现的成本，数据中心的负载基本包括单电源负载和双电源负载两个部分。在通常情况下，两套母线系统可以一起承担全部的双电源负载，经过对 STS 的设置，每个各自承担二分之一的较为重要的单电源负载。所以，在平常工作期间，两套母线将会平均各带有百分之五十的负载。

（2）和以前的供电方案区别较大的就是，系统备份首先为整个系统所带来的利益就是能够明显提升负载用电的可靠程度。除了这一点外，这一方案有着可观的开放性以及良好的前瞻性，对于系统在后期的扩容以及维护等工作都提供了很大的便利。

  

3安科瑞列头柜及监测产品介绍

  随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。

  AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和有效管理，为实现全方位绿色IDC提供可靠保证。

3.1精密配电管理解决方案

3.1.1交流系统

1）功能要求：

遥测：输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。

2）配置方案-示意图

配置方案 

多功能仪表       PZ72L-E4

电流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

3.1.2直流系统

1) 功能要求

遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；

遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限功能。

2)配置方案-示意图

配置方案

多功能仪表          PZ72L-DE

 霍尔传感器          AHKC-F-  XXA/5V

 开关电源            SBD-30  （48V）

3.2产品规格

说明：■为标配功能。

3.3配套附件

4安科瑞母线槽监测产品介绍

4.1概述

数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高需求，智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中，具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点，即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块，将数据上传至动环监控中心。

4.2  AMB智能小母线管理系统

1）交流系统功能：

遥测：三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度，系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率；

遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；    

2）直流系统功能：

遥测：电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率；

遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；                             

4.3产品介绍

     

5 结束语

  本文对于数据中心供配电系统解决方案进行了简要的分析，希望能够为以后这一领域的发展做出贡献。

参考文献： 

【1】李成章,全亚斌,施迪君,等.数据中心供配电解决方案及能效管理 [J].电气应用，2011（11）。

【2】阳仲平.数据中心供配电系统解决方案探究。

【3】安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案.2020.03版。

【4】安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版。