关键词：数据中心；供配电系统；节能设计
一、数据中心供配电系统设计概述及设计需求
数据中心每周7天、每天24小时运行，特点是用电量大，可靠性要求高，电源品质要求高。主要涉及的是电力系统中对电能进行发、输、配、用中的配和用两个环节。在运行的要求以及特点上，都要与电力系统保持一致。在电气工程的供配电系统里，功率在流动的方向上一般来说是单向的，也就是从电源端向用户端流动，主要为了把电力系统里的电能利用一定的分配手段，转换成用户所使用的用电设备可以运转的电能。从当前数据中心的供配电系统来看，其电压等级一般在35KV及以下。所以在设计其供配电系统时，应该
根据其所具有的用电量多少、负荷的性质，还有周围区域供电的状况而制定出一个合理科学的设计方案。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。
二、数据中心电源系统能耗现状
数据中心运行维护管理的供电系统包含电源系统、辅助设备和配套设备组成数据中心运行维护管理是以计算机为载体，信息技术为依托的先进的数据管理技术，随着数据中心供配电系统规模的升级，相应的硬件设施的数量也随之增加，从而使得电量需求迅速增大。且城市是用电密度最大的地区，数据中心的用电规模占了很大比例。据可靠数据分析，众多一线城市或者IDC(Internet Data Center，互联网数据中心）商业活动较为频繁的地区，数据中心运行维护管理的电能消耗占总体电能消耗的百分之二十五，甚至有的地区已经超过百分之五十，比如北京。此外，还有众多企业规模较大，数据中心运维管理一直沿用电能消耗高的UPS(Uninterruptible Power Supply，不断电系统 )，给数据中心的能源消耗加重了负担。
三、数据中心供配电系统的节能设计
1.供电负荷等级及容量计算
数据中心机房整体为一级负荷用户，为了更好的进行用电保障，将监测系统设备、消防用电设备、机房空调设备、应急照明为一级负荷；其余机房照明、空调、电梯电力等分为二级负荷。随着IT设备的集成度越来越高，机房的功率密度也在不断的升高，对不同设备的机柜功率估算值也不同。一般的解调设备的功率密度较小，以2KVA／m2计算，一般的服务器、转编码设备机柜按照5KVA／m2计算，整个监测系统设备约1000kVA，监测机房空调设备约650kVA；其它办公及生活负荷约为300kVA，最大用电量为1950kVAn。
2.数据中心供配电系统导线设计选择
在数据中心的电气系统当中，电力线路在其中具有十分重要的作用。其可以传输与分配电能，成为电能进行分配与传输的载体，具有的重要作用毋庸置疑。所以，能否正确的选择导线对于整个电气系统是否具有安全性来说具有直接的影响。在对导线进行选择时，应从载流量、允许压降及导线阻燃性能多方面进行考虑，在确保安全的条件下最大程度的节省使用的导线。
3.电源系统结构设计
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当前，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。
4.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。
5.照明系统设计
当前我国在数据中心供配电系统照明节能设计中，需遵循国家相关设计条例中，对各主要场所照明节能设计的规定，具体如下列数据:机房中心机房：500A;机房配电室：300A；机房电池间：300A;办公室：500A;会议室：300A（照明标准值）。
一般情况下，信息化机房内照明系统的照度需控制在500lx，其它辅助性区域要在300lx以上。在此基础上选择数据中心机房系统内部照明装置时，适宜选用双管格栅LED灯，且标准要符合场所具体需求。
6.模块交流电系统
在UPS供配电系统的使用中，经常会因该系统负载率较低的情况而引发的供电系统运行中断等问题，给整体的数据中心运维管理该来了极大的不便。经过研究发现，通过将模块化概念引入 UPS 供配电系统的节能改造工程中，有助于该供配电系统的整体节能优化效果的提升。UPS 供配电系统通过模块化改进，冗余的电能资源可以同时保证多台设备的正常运行，还可以根据实际情况进行电源容量的优化，使得UPS供配电系统的工作效率和安全性得到大程度的提升，关键的是可以切实降低能源的过度使用，实现数据中心的节能目的。
7.高压直流系统设计
与 UPS 系统不同的是，在供配电系统中应用高压直流供电形式，因受到热能减少及效率提高的影响，原油的空调负荷会逐渐降低，即所起到的节能效果明显由于 UPS 系统。加之高压直流供电这一模式直接将逆变器环节省略了（通常情况下逆变运行能耗率在 5%左右），只需要应用控制转换步骤的办法便能够提高整个系统的电能转化效果。基于此，我们建议在数据机房实际的应用过程中，应当选择 240V 的高压直流供电模式，因为其不经过逆变器成环节，即支持持续性不间断供电，也就有利于降耗节能。
结束语：综上所述，加强对供配电系统设计的研究，有利于提高数据中心供配电系统设计水平，具有重要的现实意义。因此，加强对供配电系统设计的研究是非常必要的。
参考文献：
[1]王炜.数据中心供配电系统的节能设计[J].电子技术与软件工程,2018(11):237.
[2]蒋闽生.供配电煤矿系统设计节能设计探析[J].价值工程,2018,37(10):233-234.
[3]任国军,杨志坚.数据中心供配电系统节能设计研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2016(06):186-187.
论文作者:郝哲思
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
标签：数据中心论文; 系统论文; 供配电论文; 节能论文; 电能论文; 机房论文; 设备论文; 《中国电业》2019年第19期论文;