摘要：随着时代的进步发展，各行业和领域都有了一定的突破，各项高新技术在得到了重视和应用。特别是信息技术的发展，使得以此为依托的数据中心自动化管理系统得到了很大关注，随着其应用的更加广泛，也面临着更多的问题。在当前资源逐步耗尽的背景下，社会发展更注重兼顾环境效益，在数据中心自动化运维管理中涉及到较多的供配电系统，如果实现对其供配电系统的节能设计，对实现我国整体资源的优化规划具有积极意义。本文主要对数据中心供配电系统的节能设计进行分析研究，了解数据中心电源系统耗能现状和设计需求，不断完善其节能设计。
关键词：数据中心；供配电系统；节能；设计
引言
建设面向大数据和云服务的数据中心，是物联网和智慧城市的信息基础。如今的数据中心正面临着一个异常现实而又紧迫的问题：能源危机。大量服务器和交换机的应用，尽管如今的服务器和交换机的规模要比之前小得多，但能源消耗量却在大幅增加。越来越多的高密度计算设备放置在一个较小的空间内，使电源密度和热量到达临界水平，常常导致无法有效地对现有设备进行冷却，出现系统故障，或是无法添加其他设备。因此在数据中心供配电系统的建设运行过程中，必须高度重视节能设计策略的应用，以能源节约为中心目标，兼顾数据中心供配电系统的安全稳定运行与节能效益双重目标的实现。
1 数据中心电源系统能耗现状分析
在数据中心运维管理中的供配电系统中，主要包含了电源系统、辅助设备等在内，其是以计算机为载体，以信息技术为依托的，是一种先进的数据管理技术。在当前随着数据中心供配电系统的不断升级，其硬件设施也在不断增多，导致耗电量持续攀升。在城市运行中，数据中心电能耗能占据了很大比例，在一些发达城市的商业中心去，数据中心运维管理电能消耗占到总体电能消耗的 25% 左右。此外，一些企业的规模比较大，但其数据中心仍然采用耗能巨大的 UPS 系统，进一步加重了数据中心的能耗负担。
当前我国针对国内数据中心供配电系统的耗能情况和系统发展等，制定了相关的节能设计参照等级和标准，不仅包含了计算站场地安全要求、供电系统设计实施规范，还包含了通用性用电设备设计准则等。一般情况下，在进行数据中心供配电系统节能设计时，需要保证数据中心使用性能，且符合管理要求，并且要考虑到网络中断会造成的经济损失和社会影响等。在明确设计机房等级的情况下，根据具体的设计标准和选定的适宜供配电系统，确保节能设计符合标准。
2 设计需求
数据中心供配电系统设计需求主要为：第一，数据中心供配电系统相关设备应当按照容错系统标准进行配置，在数据中心供配电系统正常运行过程中，不得因外部电源终端、设备故障、误动拒动以及其他因素导致供配电系统的正常运行受影响；第二，不间断电源系统应当按照 2N 标准配置且备用电池连续应用时间应达到 15 分钟以上；第三，应选用柴油式发电机作为数据中心供配电系统内后备电源，并根据实际情况进行灵活切换。
3 数据中心电源系统节能设计
3.1 空调配电系统设计
首先针对数据中心供配电系统空调系统运行特性，在节能设计之初我们参考了《电气装置工程施工及验收规范》、《采暖通风与空气调节设计规范》、《建筑设计防火规范》以及《公共建筑节能设计标准》等一系列国家标准。随后针对现有空调配电系统运行状态，第一步需要做的是控制好环境温度，即降低系统内部温度，而后在环境温度较低的情况下，机柜自然会达到降温冷却的效果。加之在冷却环节，空调系统自身所存在的能量也会收到温度冷却的影像了逐渐消散，而这又是一个非直接降温的过程，即符合节能设计要求。通过对封闭机柜柜门和送风管等构件的改造，空调冷风能够被直接输送到每一个机柜中去，尤其是经过精密设计后的送风风压、温度，每一个机柜内的风道阀门均能有效控制送风量，这样一来同样起到了降低空调能耗的目的。科学设计后的空调系统化，在运行过程中原有的气流组织不再经过机柜，也不会受到热量交换的影响而出现短路问题，如此同样有助于节能效果的实现。
3.2 评价指标
在数据中心供配电系统节能设计中，要关注其评价指标，具体可应用PUE即电源使用效率，在供配电系统中为数据中心的工作者直观展现电能消耗状态，提供供配电管理的指导依据，其在数据中心供配电系统中的应用受到很大关注。
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3.3 电源系统结构
数据中心供配电系统主要有两种，即高压直流电供配电系统和交流供配电系统。当前，很多企业的数据中心相关设备选择时，会采用大规模的服务器和小型机，在其使用过程中，很容易出现电源不稳定的情况，对网络工作的安全性造成不良影响。因此在数据中心供配电系统节能设计中，要进行严谨的分析研究，选择最佳的配置方案。
3.4 高压直流供配电系统
随着数据中心运维管理的不断优化，行业内的工作者通过大量的实践和分析数据工作，得出 HVDC（High-Voltage DirectCurrent，高压直流）电源供配电系统的工作效率较高，适用于现阶段对于数据中心节能的要求，为数据中心的节能工作带来了新的发展局面。因 HVDC 供配电系统的电池直接接入服务器输入端，不需要额外的设别或者处理，就可以实现持续稳定的供电这一强大的优势，且扩容环节的后期维护更加简便易操作而得到广泛的运用。HVDC供配电系统的应用，仅在线路系统和配电上电能有损耗，切实降低了PUE的数据值，提升了系统运行的供电效率，推动了数据中心供配电中节能技术应用的进步。如2016年，天津电力公司用电客户系统在停电 1小时内的情况下，供电效率高达99.9%。
3.5 高压直流系统设计
在数据中心供配电系统中，应用高压直流供电形式与 UPS 系统是不同的，在热能减少和效率提高的情况下，其原有空调负荷会不断降低，发挥出优于 UPS 系统的节能效果。同时，高压直流供电模式下，可以省略逆变器环节，只需采用控制转换步骤的方法即可提升系统电能转化的效果。对此，在数据机房实际设计中，建议采用 240V 的高压直流供电模式，可实现持续性的不间断供电，同时可降低能耗，取得良好的节能效果。
3.6机房供配电系统设计
根据 GB50174—2017 的要求，数据中心分为 A，B，C 等 3个等级。A 级为容错型，在系统需要运行期间应由 2 个电源供电，此外，还需要配置柴油发电机等应急电源，如采用柴发机组作为后备电源，至少要冗余 1 台。可采用独立于正常电源的专用馈电线路代替备用柴油发电机组。
场地设备应有故障切换等冗余能力保障措施，保证电子信息系统连续运行。由不间断电源对控制系统及末端风机、末端冷冻水泵供电。在满足在线维护、IT 设备正常工作和不污染电网质量前提下，也可采用一路市电直供取代一路 UPS 电源。变配电设备明确要求物理隔离。电子信息设备供电稳态电压偏移为 -10% ～ 7%。电子信息设备供电允许中断时间为（0 ～ 10）ms。不间断电源输入端谐波电流畸变总含量＜ 5%。
B 级为冗余型，对供电系统的要求不如 A 级严格，推荐由 2个电源供电，也可以只提供一个电源供电，外加一个备用柴油发电机系统，设备故障不会导致电子信息系统运行中断。B 级机房采用双路电源的强制性要求改为推荐性要求，并可采用一路市电加一路柴油发电。不间断电源输入端谐波电流畸变总含量为＜5%。电子信息设备供电稳态电压偏移为 -10% ～ 7%。B 级机房对供电允许中断时间不做要求。
C级为基本型，供电电源可参照工业企业电力二级负荷考虑，使用 2 回路供电。电子信息设备供电稳态电压偏移为 -10% ～ 7%。不间断电源输入端谐波电流畸变总含量＜ 5%。C 级机房对供电允许中断时间不做要求。
4总结语
综上所述，时光推移，国内整个的数据中心产业已逐渐朝着绿色化、规模化、合理化以及集中化的布局发展方向前行，而文章主要是从数据中心供配电系统节能设计的标准、等级，以及节能设计的实际需求出发，结合多年的工作实践经验，围绕有效地节能设计进行了分析与阐述，主要目的在于提升整个系统的节能设计水平，科学降低能源损耗。
参考文献：
[1]刘赞.中压配电自动投切控制系统的设计与实现［D］.机械科学研究总院，2017.
[2]史海疆.数据中心供配电系统节能技术探讨访中国电源工业协会副理事长王其英[J].电气应用，2015（06）：6-8.
[3]胡传振，陈凤，简灿色等.数据中心供配电设计要素与典型架构浅析[J].电信快报，2018（09）：33-38.
论文作者:张鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：数据中心论文; 系统论文; 供配电论文; 节能论文; 电源论文; 设备论文; 电能论文; 《基层建设》2019年第12期论文;