(中山市明阳电器有限公司 广东省中山市 528437)
摘要：数据中心是一个聚集了大量服务器、存储设备、网络设备及配套UPS、精密空调等设备的IT设备场所，是实现数据信息的集中处理、存储、传输、交换和集中管理等业务的服务平台。数据中心的建设代表了企业信息化的方向，成为一股国际潮流，必将促进企业核心竞争力的提高。并且随着冗余数据中心概念的推广，数据中心项目数量和规模成倍增加，其市场前景不可小视。本文介绍了数据中心用电特点，对数据中心供配电系统解决方案进行了分析。
Data center is a brought together a large number of servers, storage equipment, network equipment and form a complete set UPS, precision air conditioning equipment of IT equipment such as place, is the focus to realize data information processing, storage, transmission, exchange, and centralized management and other business services platform. Represents the direction of the enterprise information data center construction, become an international trend, will improve the core competitiveness of enterprises. And with the promotion of the concept of redundant data center, data center project multiplied quantity and scale, its market prospect is significant. This paper introduces the data center electricity characteristics, the data center solutions for power supply and distribution system is analyzed.
关键词：数据中心；供配电系统；UPS
近年来，随着数据中心机房能耗的急剧增加和电价的逐渐上涨，机房主管及其运营管理人员越来越关注能源的营运成本。在不可再生能源资源日益稀缺和能源成本日益上升的今天，要求我们应尽可能地采取各种必要的技术措施和管理手段来建立具有更加节能、环保型运行特性的绿色数据中心机房。为此，有必要调研数据中心机房的能耗结构。
一、数据中心用电特点
1、保证的目标。在数据中心配电系统中除了正常配电系统中采用的双回路独立电源供电之外，还在数据中心配备事故备用柴油发电机、大容量UPS等。同时在数据中心配电系统故障处理机制方面，会考虑供电电源失电、母线故障、开关跳闸和开关拒动等一系歹0非正常情况下如何最大限度地满足设备用电可靠性的要求。
2、数据中心配电系统较一般建筑配电系统复杂。与一般建筑配电系统相比，数据中心配电系统其结构更为复杂，对配电管理的要求更加严格。复杂性表现在电源输入及其控制策略上，一般建筑配电多采用双回路一主一备供电，其控制策略为备用电源自动投切。而数据中心配电系统除双回路单独供电之外，自身还配备至少满足全负荷设备容量的柴油发电机，在不同失电故障场景发生时，通过供电策略的改变实现数据中心设备的持续供电。
二、建设节能环保型的数据中心机房节能
1、网络设备/IT设备节能特性的优劣是决定机房能否节能的技术基础。采用低能耗的IT设备、虚拟化软件设计方案，根据数据处理的流量变化动态调节CPU主频工作频率的高低以及“动态休眠”等技术是应优先考虑采取的最重要的机房节能措施。其原因是对于PUE=2的传统型IDC机房而言，其IT及网络设备的功耗约占其总功耗的50%左右；对于PUE=1.76的节能型IDC机房而言，其IT及网络设备的功耗约占总功耗的57%左右。这就意味着：由于在机房中所选用节能型基础设施，如选用节能型的空调、照明以及UPS供电系统等的能耗不断地下降，对机房主设备节能降耗的需求将会变得更加迫切和重要。
2、UPS供电系统节能特性的优劣是决定机房能否节能的不可或缺的要素。采用输入电流谐波治理+电容性相移功率因数补偿调节技术、高效率UPS设计+“动态休眠”技术以及UPS输出功率因数与IT设备输入功率因数之间的匹配技术等节能型UPS供电系统技术是决定数据中心机房节能效果的重要因素。对于PUE=2的传统型IDC机房而言，其UPS供电系统的功耗约占总功耗的10%左右；对于PUE=1.76的节能型IDC机房而言，其UPS供电系统的功耗约占总功耗的6.16%左右，它们所占的能耗比也不算低。
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三、数据中心节能解决方案
1、数据中心机房的用电大户——精密空调入手，采用有效气流组织的方式，下送风、上走线，做好冷、热空气的隔离，防止冷空气无谓浪费，提高制冷效率，在保证柜内温度满足服务器要求的同时降低压缩机运转时间，节约电费开支。同时推出了节能型网络服务器机柜以及相关配件，还有PM3000节能网管系统，利用软硬件结合技术针对数据中心机房进行节能控制。
2、易事特自身的UPS电源设备入手，使用三电平整流技术，提高UPS整流器的效率，降低谐波对电源的污染；同时利用软开关技术提高逆变器的效率，从整体上提高UPS电源的效率，帮助用户节约电能。另外就是大力开展高压直流供电电源的研发工作，按照工业和信息化部相应的产品技术标准和通信行业的240 V直流和336 V直流供电电压模式开发直流电源产品。高压直流供电是近几年在通信行业比较流行的方案，其出发点是去掉了逆变器，至少可以提高电源效率5%；同时也避免了逆变器故障时带来的蓄电池无法放电的问题，可以说是一举两得。目前的屏障是主设备厂商能否提供这样的电源接口，在这方面电信部门正在进行磋商。我们进行这方面的产品研发也是为了适应将来通信市场的新变化，同时开关电源也是我们产品系列中第一个品种。
四、数据中心供配电系统解决方案分析
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、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。
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。
数据中心用电管理解决方案更注重在使用过程中安全稳定地满足用户要求，验证了数据中心的设计理念在数据中心实际运行过程中的效果，为更多的数据中心设计理念在中国广大数据中心的落实提供实际运行数据和依据。希望通过数据中心用电管理解决方案的采用，让国内数据中心更加稳定可靠地运行。
参考文献：
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[2] 陈众励,李兴林. 数据中心供配电解决方案及能效管理[J]. 电气应用,2013(23).
[3] 杨剑.DCAP-3000 在供配电系统自动化中的应用[J].微计算机信息,2013(28).87
论文作者:田翠芳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/25
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