崔庭宇

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰

摘要：現代的數據中心中都包括大量的計算機，對于這種場所的電力供應，都要求供電系統需要在所有的時間都有效，這就不同于一般建筑的供配電系統，它是一個交叉的系統，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發電機等，每個系統互相交叉，互有影響，這就使我們在設計時需要考慮多方面的因素。本文從數據中心的高壓供電系統到末端精密配電系統介紹數據中心供配電及能效管理系統的設計。

一、系統概述

現代的數據中心機房中都包括大量的計算機，對于這種場所的電力供應，都要求供電系統需要在所有的時間都有效，擴容容易，維護簡便，容錯力強，主要的是性價比高。數據中心機房是現代信息化建設的基礎工程，為各個業務提供穩定、安全的工作環境，而機房的供配電系統就是這基礎工程的心臟和大動脈，供配電系統的穩定，能夠保障其它系統發揮作用和核心業務正常運行。系統不同于一般建筑的供配電系統，它是一個交叉的系統，涉及到市電供電、防雷接地、防靜電、UPS不間斷供電、柴油發電機等，各個系統互相交叉，互有影響，這就使我們在設計時需要考慮多方面的因素。

二、設計標準

數據中心有專門的設計標準，綜合性的數據中心電信基礎標TIA-942《數據中心電信基礎設施標準》，是2005年4月由美國電信產業協會(TIA)、TIA技術工程委員會(TR42)和美國國家標準學會(ANSI)批準的。國內的相關規范和標準也是綜合國外標準以及國內數據中心建設發展情況做出的，數據中心設計規范GB50174—2008《電子信息系統機房設計規范》也于2008年l1月12日發布，2009年6月1日開始實施。

設計一個數據中心首先需要根據用戶重要性和業主對數據中心可靠性、安全性等的具體需求，確定機房等級．再按照相應等級確定適合的供配電系統。國內的數據中心首先需要滿足國內規范的要求。GB 50174—2008中關于數據中心的分級規定如下：電子信息系統機房應劃分為A、B、C三級。設計時應根據機房的使用性質、管理要求及其在經濟和社會中的重要性質確定所屬級別。

三、設計原則

數據中心供配電系統設計應執行或參照執行國家和行業相關標準、規范，并可參考國外相關標準、規范，結合考慮數據中心用電負荷密度高、供電可靠性要求高等特性采取適當的技術措施。同時，應滿足項目建設單位的企業標準、規范的要求。

數據中心供配電系統設計應遵循分區、分級的原則，同一功能區域內的各類設備的供電可靠性，應能保證所有設備能夠按照該區域標準的要求運行，并將供配電系統局部故障的影響面控制在盡可能小的范圍。

數據中心用電負荷密度高、總量大，其供配電系統設計中應充分運用成熟有效的節能措施，降低供配電系統的損耗。

四、數據中心機房供配電系統需求分析

隨著信息技術的迅速發展和互聯網的普及，社會各界對信息系統的應用越來越廣泛，信息和數據量呈幾何級增長，由此對數據中心的需求日益增加，對數據中心的要求也不斷提高，信息設備功能越來越強，功率密度越來越高。數據中心設備機柜用電負荷由以前的2kVA/臺，提高到3kVA/臺、4kVA/臺，甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kVA每平方，提高到1.5kVA每平方、2kVA每平方，甚至更高。

數據中心用電負荷的統計應分為兩個層次，即：UPS供電系統負荷(輸出)和市電供電系統負荷。市電供電系統負荷(輸出)的統計主要包括：UPS供電系統(輸入)、機房精密空調系統、機房照明及建筑電氣設備等。UPS供電系統負荷(輸入)＝供電負荷+充電負荷。機房精密空調系統負荷＝N臺主用空調機組額定負荷容量×負荷率。UPS供電系統負荷(輸出)的統計主要包括：計算機設備、服務器、存儲、網絡設備、小型機等，在負荷設備明確時，按設備數據統計，具體負荷設備不明確時，按設備機柜平均負荷統計。設備機柜數量也不明確時，可按機房面積平均負荷估計。

在發熱量較大的情況下，如果柴油發電機未能及時啟動而導致精密空調失電停止工作超過3分鐘，機柜內服務器溫度將會急劇升高而宕機，因此在可靠性要求比較高的情況下精密空調也可由UPS提供不間斷電源，在柴油發電機啟動前利用剩余冷凍水繼續保持機柜氣流循環散熱，直到發電機全部啟動。

五、數據中心機房供配電系統設計

5.1 供配電系統的布置 

數據中心機房供配電系統主要設備有：UPS、電池、配電柜和柴油發電機等。這些設備單位占地面積、重量大，對于這些設備的擺放位置既要考慮功能上的需求，又要考慮空間和承重的需要，還要考慮對外界的危害。

數據中心機房供電系統應有獨立的配電間、變配電所，UPS 電源機房應靠近設備機房(負荷中心)布置，這樣能保證從UPS輸出到用電設備之間的壓降和損耗盡可能的小。UPS 電源主機、配電柜與蓄電池組是否需要分隔，按照數據中心等級的要求決定，另外還需要考慮到UPS屬于大型設備，重量比較大，噪聲大，需要擺放在一個承重比較好，并且不影響辦公和休息環境的地方。配電柜位置的選擇，主要考慮功能上的需求，配電柜應在滿足功能分區的基礎上，盡可能靠近供電負載。發電機房宜設置在地面一層，當發電機房設置于地下層時，應特別注意進、出風通道能否滿足要求，應注意發電機組儲油裝置（日用油箱、儲油罐）的消防要求。

變配電所、發電機房、UPS電源機房均應留有足夠的面積，可與設備機房同步發展，應對設備機房面積擴展或設備機房功率密度上升引起的供電需求。于非專門設計用于數據中心的建筑，應注意其是否滿足設備安裝和線路敷設的要求，包括樓面荷載、凈高、抗震等級、耐火等級等方面。

下圖為典型數據中心的供配電系統示意圖，采用雙路110kV進線，配置10kV柴油發電機作為自備應急電源，UPS采用冗余供電方式，末端精密配電柜和精密空調均采用UPS供電，提高數據中心運行穩定性，見圖1。