簡述數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的可靠性及產(chǎn)品選型
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)量的不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的可靠性成為整個數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的必要條件。因此，在項(xiàng)目的前期規(guī)劃設(shè)計以及施工過程中，考慮如何保證供配電系統(tǒng)的可靠性是我們首要考慮的問題。
根據(jù)數(shù)據(jù)中心對供配電系統(tǒng)的要求，為其建立一個不停電的供配電系統(tǒng)。電力傳輸中的任何元器件的單點(diǎn)故障，都不應(yīng)影響系統(tǒng)的正常供電，并且將計算機(jī)負(fù)荷和其他負(fù)荷分開。為了避免發(fā)生故障時的互相影響，設(shè)計中應(yīng)該考慮各個區(qū)域供配電之間的相對獨(dú)立性。
鑒于數(shù)據(jù)中心設(shè)備連續(xù)不停電運(yùn)行的重要性，各大設(shè)備廠商所生產(chǎn)的小型機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備越來越多的是雙電源運(yùn)行設(shè)備，對于這些雙電源設(shè)備，為了保證其運(yùn)行的可靠性，建議應(yīng)采用雙母線供電，即兩路供電電源完全獨(dú)立且互為備份。
下面簡述數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備供配電系統(tǒng)的形式。
使用雙路市電供應(yīng)，并配置柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源。并由雙路 UPS 提供電源保護(hù)，
每組UPS電源由N+1臺UPS組成。此供電方式避免了供配電系統(tǒng)的單點(diǎn)故障的存在，可靠性高，達(dá)到 99.999％。數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)重要設(shè)備均采用此供電形式（見圖 1）。
我們知道，對于計算機(jī)機(jī)房內(nèi)的主機(jī)設(shè)備而言干凈、不間斷的電源供應(yīng)是很重要
的。公用供電系統(tǒng)由于電網(wǎng)范圍大，受各種因素的影響，時常會有不正常的現(xiàn)象發(fā)生，往往會對計算機(jī)系統(tǒng)造成不利的影響。為此，采用 UPS 不間斷電源極為重要，它不但能提供穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量的電源，沒有瞬變和可抑止諧波，即使當(dāng)電網(wǎng)斷電時，它也可由后備電池支撐，繼續(xù)供電，使計算機(jī)有一定的時間進(jìn)行處理。
計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的供配電屬于一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，為了保證一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電可靠性，需要對電力電網(wǎng)等的供應(yīng)做充分的考慮。例如某數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程設(shè)備配電考慮兩組（3+1）×400kVAUPS 組成 A、B兩路完全獨(dú)立的雙母線UPS電源系統(tǒng)，后備電池15分鐘，供機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備電源用電。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。
◆UPS 系統(tǒng)中A組UPS與B組UPS的輸出各自獨(dú)立向計算機(jī)房的各個負(fù)荷供電 ；
◆UPS 系統(tǒng)內(nèi)部 的A組UPS與B組UPS對于計算機(jī)房的核心負(fù)荷的電力供應(yīng)相互冗余 ；
◆部分單電源負(fù)荷可以根據(jù)實(shí)際情況配置一些STS裝置，通過STS自動選擇電源供應(yīng)的路徑。
上述 UPS 系統(tǒng)配置充分考慮了系統(tǒng)分階段實(shí)施的要求，系統(tǒng)擴(kuò)容量方便。UPS系統(tǒng)也可以依據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷水平在必要時以增加UPS模塊的方式進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容。
對于雙電源設(shè)備來說，正常情況下，雙母線運(yùn)行的 A、B 組UPS電源設(shè)備在并機(jī)控制板的調(diào)控下，以同頻率同相位和均流的方式向后接負(fù)載供電（每臺UPS各負(fù)擔(dān)1/2 電流）。在此供電系統(tǒng)下，萬一遇到其中一臺UPS因故障而自動退出供電系統(tǒng)時，剩下的UPS電源仍有足夠的能量向后接負(fù)載提供高質(zhì)量的 UPS 逆變電源，而無須切換到由市電來供電的交流旁路供電通道上。其輸出電源通過配電柜內(nèi)空氣開關(guān)分別提供至機(jī)房內(nèi)各個用電設(shè)備。采用此冗余式“雙總線輸出”供電系統(tǒng)的目的是 ：消除可能出現(xiàn)再從UPS冗余并機(jī)供電系統(tǒng)的輸出端到最終的“信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備”輸入端之間的各種配送電線路中可能存在的“單點(diǎn)瓶頸”故障隱患，從而為關(guān)鍵性的負(fù)載能獲得100% 的高可利用率的電源供應(yīng)奠定堅實(shí)的運(yùn)行基礎(chǔ)。
對于單電源設(shè)備來說，從兩套UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)的輸出配電柜A和B分別送出兩路
UPS 輸出電源至靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS設(shè)備的輸入端上，從而保證末端的設(shè)備能獲得高可靠性的 UPS 電源。靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)具有極快的自動切換時間 ：2.5 ～ 6ms，避免了關(guān)鍵負(fù)載斷電。
1安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹
隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。
AMC系列數(shù)據(jù)中心精密配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機(jī)房末端設(shè)計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供準(zhǔn)確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機(jī)房的實(shí)時監(jiān)控和有效管理，為實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)DC提供可靠保證。
1.1精密配電管理解決方案
1.1.1交流系統(tǒng)
1）功能要求：
遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關(guān)狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。
2）配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-E4
電流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
1.1.2直流系統(tǒng)
1) 功能要求
遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；
遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。
2)配置方案-示意圖
配置方案
多功能儀表 PZ72L-DE
霍爾傳感器 AHKC-F- XXA/5V 開關(guān)電源 SBD-30 （48V）
1.2產(chǎn)品規(guī)格
說明：■為標(biāo)配功能。
1.3配套附件
2 安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹
2.1 概述
數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用于機(jī)房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn)，即插式插接箱給各個機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。
2.2 AMB智能小母線管理系統(tǒng)
1）交流系統(tǒng)功能：
遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
2）直流系統(tǒng)功能：
遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機(jī)柜溫度、機(jī)柜濕度、開關(guān)狀態(tài)、電流/功率；
遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)跳閘；
2.3 產(chǎn)品介紹
說明：■為標(biāo)配功能。
3結(jié)束語
綜上所述，數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)備的供配電電源是數(shù)據(jù)中心的心臟，是保證數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。除了以上所述對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備電源的可靠性保證，我們也需要對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的精密空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等提供高可靠性的電源，以保證整個數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
【1】吳雪芳 .簡述如何保證數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的可靠性
【4】安科瑞數(shù)據(jù)中心IDC配電監(jiān)控解決方案.2020.03版.
【5】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用手冊.2020.06版.
