隨著信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,信息系統(tǒng)的市場(chǎng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛,信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng),數(shù)據(jù)中心的需求日益增加,對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求不斷提高。眾多行業(yè)也都在建設(shè)各種不同用途、規(guī)模、等級(jí)的數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心在政府機(jī)構(gòu)以及電信、銀行、證券、保險(xiǎn)、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)中不斷地提高自己的驅(qū)動(dòng)力。數(shù)據(jù)中心作為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運(yùn)營(yíng)中的作用越來(lái)越突出。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施最重要組成部分,已成為數(shù)據(jù)中心等級(jí)判定的主要參考標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu),主要包括市電引入(10kV、110kV引入等)、高壓變配電系統(tǒng)、后備柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(10kV、400V發(fā)電機(jī)組等)、市電/備用電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(中壓切換、低壓切換等)、低壓配電系統(tǒng)(低壓配電、樓層配電單元等)、不間斷電源系統(tǒng)(UPS、240V、48V系統(tǒng)等)、列頭配電系統(tǒng)、機(jī)架配電系統(tǒng),以及電氣照明、防雷及接地系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)的影響因素

數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)及供電保障等級(jí)選擇,主要考慮以下幾個(gè)方面:

1數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)成本與安全效益平衡

數(shù)據(jù)中心從物理屬性看,是IT設(shè)備的載體;從商業(yè)屬性看,是為其服務(wù)的對(duì)象,即數(shù)據(jù)中心為各類(lèi)用戶(hù)的設(shè)備或信息提供保障服務(wù)。數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)選擇,主要考慮用戶(hù)設(shè)備類(lèi)型、相關(guān)設(shè)備保障等級(jí)要求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求、綠色數(shù)據(jù)中心PUE指標(biāo)要求、節(jié)能減排要求、數(shù)據(jù)中心選址區(qū)域自然條件特點(diǎn)、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本的平衡等多種因素。

以通信行業(yè)數(shù)據(jù)中心為例,數(shù)據(jù)中心主要有自有數(shù)據(jù)中心和商用數(shù)據(jù)中心兩大類(lèi)。針對(duì)通信類(lèi),主要設(shè)備有傳輸類(lèi)設(shè)備(國(guó)際傳輸干線(xiàn)、省際傳輸干線(xiàn))、數(shù)據(jù)類(lèi)設(shè)備(存儲(chǔ)系統(tǒng)、云平臺(tái))、支撐類(lèi)設(shè)備(計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、信息系統(tǒng))等,相關(guān)設(shè)備供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要考慮相關(guān)國(guó)家對(duì)通信系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)要求;商用數(shù)據(jù)中心主要包括政府、銀行、企業(yè)等用戶(hù)設(shè)備,其數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)及供電保障等級(jí)主要根據(jù)客戶(hù)具體要求、客戶(hù)設(shè)備規(guī)模、客戶(hù)設(shè)備的租賃形式等來(lái)總體確定。

2數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)規(guī)劃與決策

在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)實(shí)際實(shí)施階段,需要制定合理規(guī)劃決策,評(píng)估需求與風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)行不同方案的比較,并考慮滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展的需求。

數(shù)據(jù)中心主流的各類(lèi)供配電建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,以及用戶(hù)對(duì)供配電結(jié)構(gòu)的要求,主要是對(duì)供配電保障提出要求。針對(duì)保障要求,從實(shí)施角度出發(fā),能夠提出多種不同的供配電結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)的總體規(guī)劃與決策,對(duì)后期供配電可靠性、可用性有決定性的影響。在規(guī)劃與決策階段,一方面要針對(duì)不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特征、投資總額、運(yùn)營(yíng)成本、系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)等做充分的分析論證,另一方面也要考慮供配電系統(tǒng)邏輯關(guān)系的復(fù)雜度、對(duì)運(yùn)維的要求、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等因素。

3數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)建設(shè)與運(yùn)維

數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)應(yīng)該同數(shù)據(jù)中心全生命周期一樣,從概念、系統(tǒng)規(guī)劃、決策、工程建設(shè)、交付運(yùn)營(yíng)等方面,是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、與時(shí)俱進(jìn)的過(guò)程。現(xiàn)在行業(yè)有一種認(rèn)識(shí),認(rèn)為供配電系統(tǒng)可靠性從供配電系統(tǒng)圖上,計(jì)算結(jié)果越優(yōu),就越能提高可靠性。實(shí)際情況并非如此,而是數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的可實(shí)施性、可維護(hù)性等對(duì)設(shè)備供電連續(xù)性保障有很大影響。

供配電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與落地,必須要經(jīng)過(guò)建設(shè)與施工,因此供配電系統(tǒng)帶有較為明顯的工程屬性;供配電系統(tǒng)可靠性最終是在投入運(yùn)營(yíng)后,集中體現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)維階段。供配電架構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇,一方面必須考慮工程施工過(guò)程的可實(shí)施性,如電纜布放距離、多層疊放、交處理、各類(lèi)油電水氣管路隔離措施、隱蔽工程處理等,另一方面還要考慮運(yùn)維可行性,如電氣設(shè)備物理位置與電氣邏輯關(guān)系匹配、巡檢路由規(guī)劃、應(yīng)急操作接口預(yù)留設(shè)置等。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

目前,數(shù)據(jù)中心行業(yè)有比較全面的可供參考的相關(guān)技術(shù)規(guī)范,政府、行業(yè)、企業(yè)都根據(jù)各自領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn),發(fā)布了相關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或指導(dǎo)意見(jiàn)。目前,數(shù)據(jù)中心主要參考的規(guī)范有工程建設(shè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB50174-2008電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》以及美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)2005年批準(zhǔn)頒布的《TIA-942數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》。

前者是我國(guó)針對(duì)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)設(shè)計(jì)的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,同時(shí),為適應(yīng)電子信息技術(shù)發(fā)展,新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在編制;后者是目前國(guó)際數(shù)據(jù)中心參考的主要標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)包含的條款也是隨著建筑技術(shù)和電信技術(shù)的進(jìn)步在不斷修改和更新。

從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍看,國(guó)際上參考TIA-942將數(shù)據(jù)中心等級(jí)從低到高分為T(mén)ierI、TierII、TierIII、TierIV等四個(gè)級(jí)別,在國(guó)內(nèi)參考GB50174將數(shù)據(jù)中心等級(jí)從低到高分為C、B和A三個(gè)等級(jí),為了達(dá)到不同的等級(jí),供電系統(tǒng)中采用不同的供配電方式。根據(jù)相關(guān)條文,不同標(biāo)準(zhǔn)的供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如表1所示。

根據(jù)相關(guān)國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了不同數(shù)據(jù)中心等級(jí)下,對(duì)應(yīng)供電系統(tǒng)的原則及方式的演變,特定等級(jí)的系統(tǒng),只規(guī)定了應(yīng)滿(mǎn)足的最低要求。

在規(guī)劃建設(shè)階段,在不同條件下,設(shè)計(jì)時(shí)選用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需考慮總體投資規(guī)模、保障要求、節(jié)能指標(biāo)、運(yùn)維管理目標(biāo)等多種因素綜合分析,并在相應(yīng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)原則下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

目前,數(shù)據(jù)中心行業(yè)主要有以下三種典型供配電系統(tǒng)架構(gòu):基本型、可維護(hù)型、故障容錯(cuò)型等。三種典型數(shù)據(jù)中心供配電結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下:

1基本型供配電結(jié)構(gòu)供電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資少;

單故障節(jié)點(diǎn)多,可用性差;

供電系統(tǒng)器件故障、操作故障都會(huì)引起數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中斷;

預(yù)防性檢修、計(jì)劃性檢修需要系統(tǒng)中斷運(yùn)行。

2可維護(hù)型供配電結(jié)構(gòu)

可用性高;

系統(tǒng)保障N+1的冗余;

運(yùn)行期間可同時(shí)進(jìn)行維護(hù);

數(shù)據(jù)中心中常用的供電結(jié)構(gòu);

正常維修、單路故障出現(xiàn)時(shí),不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

3故障容錯(cuò)性供配電結(jié)構(gòu)可用性高;

基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)空間、投資,要求較高;

多條冗余路徑,無(wú)單節(jié)點(diǎn)故障;

基礎(chǔ)設(shè)施、供電路由全程雙路由;

任何故障發(fā)生,不影響負(fù)載運(yùn)行。

以上三種供電結(jié)構(gòu)如圖1所示。

上述三種典型供配電結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),主要是從系統(tǒng)市電引入到所有末端設(shè)備供電的供電邏輯特點(diǎn)進(jìn)行總體闡述,并不表示某種結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性。如對(duì)于保障等級(jí)要求不高的IT設(shè)備,基本型供配電結(jié)構(gòu)完全滿(mǎn)足供電保障需求,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在投資成本、電力設(shè)備空間、節(jié)能效果等方面,都明顯優(yōu)于其他兩種結(jié)構(gòu);在保障等級(jí)較高的數(shù)據(jù)中心,也存在較低保障等級(jí)IT設(shè)備用電情況。

數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)的選擇,應(yīng)做整體考慮,根據(jù)IT設(shè)備供電保障等級(jí)和各類(lèi)不同保障等級(jí)的IT設(shè)備分布情況,針對(duì)性的選擇合適的、匹配的結(jié)構(gòu),才是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)最終決策的關(guān)鍵點(diǎn)。

數(shù)據(jù)中心供配電案例

中國(guó)移動(dòng)浙江信息通信產(chǎn)業(yè)園數(shù)據(jù)中心包括110kV變電站一座、柴油發(fā)電機(jī)房一座、數(shù)據(jù)中心機(jī)樓四棟。數(shù)據(jù)中心總供配電架構(gòu)有以下幾個(gè)部分:110kV配電系統(tǒng)、10kV配電系統(tǒng)、10kV發(fā)電機(jī)并機(jī)供配電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源系統(tǒng)等。產(chǎn)業(yè)園數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施分布示意圖如圖2所示。

該數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)的總體特點(diǎn):深入結(jié)合基礎(chǔ)建筑設(shè)施布局,總體規(guī)劃,分期投入;

通過(guò)供配電結(jié)構(gòu)優(yōu)化,平衡成本與安全效益的關(guān)系;

根據(jù)客戶(hù)需求不同,可提供多種形式的供電保障模式。

產(chǎn)業(yè)園數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。供配電系統(tǒng)架構(gòu)如下:

1110kV/10kV配電系統(tǒng)

園區(qū)自建110kV變電站,引入兩路獨(dú)立110kV市電,站內(nèi)配置兩臺(tái)110kV/10kV變壓器,每臺(tái)容量50000kVA,兩路常供。變電站兩路110kV進(jìn)線(xiàn)采用內(nèi)橋接線(xiàn);變電站10kV中壓系統(tǒng)采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn),設(shè)母分;數(shù)據(jù)中心每棟配置一套獨(dú)立中壓系統(tǒng),采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn),不設(shè)母分;每套中壓系統(tǒng)分別從變電站兩段10kV母線(xiàn)段各引入一路10kV市電電源,兩路常供。

數(shù)據(jù)中心低壓配電系統(tǒng),采用變壓器(1+1)方式運(yùn)行,每套低壓系統(tǒng)配置兩臺(tái)2000kVA的10kV/0.4kV變壓器,兩路常供。低壓饋電采用單母線(xiàn)分段,設(shè)母聯(lián),“兩進(jìn)線(xiàn)一母聯(lián)”采用電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換控制。

2后備發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

共配置18臺(tái)10kV/2400kW柴油發(fā)電機(jī)組作為數(shù)據(jù)中心備用電源,配置一套具有多種并機(jī)模式及控制功能的并機(jī)控制系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組并機(jī)系統(tǒng)采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn),設(shè)母分。并機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)并機(jī),實(shí)現(xiàn)加、減機(jī)控制、負(fù)載自動(dòng)投切控制等功能。并機(jī)系統(tǒng)具備兩種工作模式:

模式A:母分保持閉合狀態(tài),18臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,組成一套并機(jī)系統(tǒng);

模式B:母分保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài),18臺(tái)機(jī)組分成兩組,組成兩套獨(dú)立并機(jī)系統(tǒng)。

3市電/油機(jī)電源切換系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心每棟從變電站引入兩路10kV市電電源,從發(fā)電機(jī)房引入兩路10kV備用電源,每路容量均能滿(mǎn)足該棟數(shù)據(jù)中心滿(mǎn)載負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心每棟分別配置兩套獨(dú)立市電/油機(jī)10kV切換裝置,切換裝置設(shè)電氣及機(jī)械互鎖。

數(shù)據(jù)中心4套獨(dú)立10kV系統(tǒng)供配置8套獨(dú)立的市電/油機(jī)切換裝置,集中布置在數(shù)據(jù)中心1#樓和4#樓兩個(gè)配電室,縮短切換操作時(shí)間。

4機(jī)房電源系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源系統(tǒng),根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型、負(fù)載種類(lèi)、客戶(hù)需求的不同,提供多種供電模式,包括48V直流、2N交流UPS、交流UPS+市電直供、240V直流+市電直供等模式。

數(shù)據(jù)中心240V直流+市電直供供電結(jié)構(gòu)

當(dāng)前,大型數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備在積極采用新型供電方式,進(jìn)一步降低供電損耗。由于高壓直流供電系統(tǒng),在投資成本、系統(tǒng)效率、占地空間等方面,較交流UPS具有更大的優(yōu)勢(shì),已得到較大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。

目前,240V直流供電技術(shù)的可行性已經(jīng)得到較好驗(yàn)證,相應(yīng)的理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也在不斷研究和總結(jié)中。240V直流供電技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)熱點(diǎn),并在不斷改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電以交流UPS為主的格局。其中,基于240V直流技術(shù)衍生的“240V直流+市電直供”供電架構(gòu),進(jìn)一步提升供電效率,節(jié)能效果更為顯著。

數(shù)據(jù)中心一路高壓直流、一路市電直供供電架構(gòu),主要有以下三種供電結(jié)構(gòu):

1供電結(jié)構(gòu)(一)

IT設(shè)備兩個(gè)供電路由,市電直供路由、240V供電路由完全獨(dú)立;

2供電結(jié)構(gòu)(二)

IT設(shè)備兩個(gè)供電路由,其中240V直流系統(tǒng)輸入屏設(shè)置雙電源切換裝置;

1供電結(jié)構(gòu)(三)

IT設(shè)備兩個(gè)供電路由,其中市電直供輸入屏、240V直流系統(tǒng)輸入屏均設(shè)置雙電源切換裝置。以上三種供電結(jié)構(gòu)如圖4所示。

上述三種240V直流+市電直供供電結(jié)構(gòu),從供電等級(jí)看,均屬于可維護(hù)型供電結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)及優(yōu)化,通過(guò)采用增加較小投資成本,實(shí)現(xiàn)較大幅度提高系統(tǒng)可用性的目標(biāo)。通過(guò)在不同位置增加雙電源切換裝置,增加部分設(shè)備雙路由供電,一方面提高系統(tǒng)的可維護(hù)性,另一方面提高系統(tǒng)中部分設(shè)備的故障應(yīng)急搶修、計(jì)劃性停電維護(hù)期間的供電連續(xù)性。

上述產(chǎn)業(yè)園數(shù)據(jù)中心應(yīng)用案例中,根據(jù)用戶(hù)對(duì)保障等級(jí)要求,采用模式(三):

1供電系統(tǒng)的低壓變配電部分采用集中供電方式,布置于一層配電室;數(shù)據(jù)中心各層機(jī)房分別設(shè)立設(shè)置樓層配電柜,低配與樓層配電柜間通過(guò)密集型母線(xiàn)連接;

2兩路市電電源均通過(guò)雙電源切換后,分別輸出至設(shè)備市電直供列頭柜,或經(jīng)直流電源輸出至240V列頭柜,有效地提高了市電直供路由的可靠性;

3設(shè)備兩路供電邏輯關(guān)系對(duì)應(yīng),保證設(shè)備兩路電源取自不同市電。

數(shù)據(jù)中心2NUPS系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)

由于UPS設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此自身容易發(fā)生故障,設(shè)備冗余可以提高可用性,UPS系統(tǒng)便有了N、N+X等多種供電架構(gòu)。較高等級(jí)數(shù)據(jù)中心供電結(jié)構(gòu)中,為了消除單點(diǎn)故障,對(duì)重要保障負(fù)荷采用2N冗余系統(tǒng)。

2N冗余系統(tǒng)是由兩套或多套UPS系統(tǒng)組成的冗余系統(tǒng),每套UPS系統(tǒng)有N臺(tái)UPS,設(shè)備的總?cè)萘繛橄到y(tǒng)的基本容量。該系統(tǒng)從交流輸入經(jīng)UPS設(shè)備直到雙電源輸入負(fù)載,完全是彼此隔離的兩條供電線(xiàn)路。也就是說(shuō),在供電的整個(gè)路徑中,所有環(huán)節(jié)和設(shè)備都是冗余配置的。正常運(yùn)行時(shí),每套UPS系統(tǒng)僅承擔(dān)總負(fù)荷的一部分。這種多電源系統(tǒng)冗余的供電方式,克服了單電源系統(tǒng)存在的單點(diǎn)故障瓶頸,保證其供電可靠性,采用2N冗余供電系統(tǒng),其可用性得到明顯提高。

2N冗余系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn),根據(jù)UPS系統(tǒng)接線(xiàn)關(guān)系的不同,主要有以下三種供電結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5):

1供電結(jié)構(gòu)(一)

2N UPS的兩臺(tái)主機(jī)的輸入電源分別取自不同低壓母線(xiàn)段,其中單臺(tái)主機(jī)的主路輸入、旁路輸入取自同一條低壓母線(xiàn)段;系統(tǒng)兩面輸出柜配置手動(dòng)維修旁路,手動(dòng)維修旁路取電低壓母線(xiàn)段與對(duì)應(yīng)的UPS主機(jī)相同;

2供電結(jié)構(gòu)(一)

2N UPS的兩臺(tái)主機(jī)輸入電源分別取自不同低壓母線(xiàn)段,其中單臺(tái)主機(jī)的主路輸入、旁路輸入取自同一條低壓母線(xiàn)段;系統(tǒng)兩面輸出柜配置手動(dòng)維修旁路,手動(dòng)維修旁路取電低壓母線(xiàn)段與對(duì)應(yīng)的UPS主機(jī)不同;

3供電結(jié)構(gòu)(一)

2N UPS的兩臺(tái)主機(jī)分別配置一面雙電源切換柜;兩路市電經(jīng)雙電源切換后,輸出至對(duì)應(yīng)UPS主機(jī)輸入電源;其中單臺(tái)主機(jī)的主路輸入、旁路輸入取自同一面;輸出柜配置手動(dòng)維修旁路,手動(dòng)維修旁路輸入端取自對(duì)應(yīng)的雙電源切換柜;雙電源切換柜配置手動(dòng)旁路功能;

信息產(chǎn)業(yè)園2N UPS系統(tǒng)采用供電結(jié)構(gòu)(三)形式:2N UPS系統(tǒng)中的各單機(jī),設(shè)置對(duì)應(yīng)的ATS配電柜;ATS柜均有手動(dòng)旁路功能;滿(mǎn)足UPS系統(tǒng)從兩路不同市電供電要求,提升系統(tǒng)可用性;在低壓母線(xiàn)電壓異常、UPS系統(tǒng)計(jì)劃性檢修維護(hù)等工作狀態(tài)下,該供電結(jié)構(gòu)保證設(shè)備連續(xù)供電要求;

信息產(chǎn)業(yè)園2N UPS系中,UPS主機(jī)系統(tǒng)選擇模塊化UPS。與傳統(tǒng)塔式機(jī)相比較,模塊化UPS優(yōu)勢(shì)明顯:單機(jī)實(shí)現(xiàn)模塊并機(jī)冗余控制,可用性高;模塊化UPS能夠?qū)崿F(xiàn)隨需擴(kuò)容,降低建設(shè)初期投資;UPS功率模塊、靜態(tài)旁路模塊實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)熱插拔操作,具有較高維護(hù)性;UPS功率模塊在高效運(yùn)行,降低整機(jī)系統(tǒng)損耗。UPS模塊化是數(shù)據(jù)中心不間斷電源供電技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向之一。

數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)設(shè)備供電結(jié)構(gòu)

從制冷系統(tǒng)功能角度看,數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)主要為數(shù)據(jù)中心提供冷源,制冷系統(tǒng)與供電系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施重要的組成部分。

從制冷系統(tǒng)用電角度看,數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備,如群控系統(tǒng)、冷凍水主機(jī)、冷卻塔、循環(huán)泵等,是數(shù)據(jù)中心重要的用電設(shè)備,也是數(shù)據(jù)中心要重點(diǎn)保障的設(shè)備之一。

數(shù)據(jù)中心實(shí)際案例中,往往缺乏對(duì)數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)供電保障可靠性的認(rèn)識(shí),很多數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)建設(shè),其初期投資、規(guī)劃、施工一般與數(shù)據(jù)中心機(jī)房的土建建筑工程一起完成。

由于建筑工程與數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程建設(shè)在相關(guān)規(guī)范要求、施工工藝要求等方面,存在一定差異,制冷系統(tǒng)初期建設(shè)往往因投資總額、施工質(zhì)量、施工技術(shù)等各項(xiàng)條件限制,往往忽視系統(tǒng)設(shè)備的供電可靠性,并對(duì)后期制冷系統(tǒng)的可靠性、可用性、可擴(kuò)展性方面產(chǎn)生較大影響。

以上述產(chǎn)業(yè)園數(shù)據(jù)中心的冷凍水制冷系統(tǒng)為例,其冷凍水系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要采用3臺(tái)高壓冷水機(jī)組,水系統(tǒng)按照“2用1備”模式運(yùn)行,每套水系統(tǒng)配置獨(dú)立蓄冷罐,水系統(tǒng)中冷卻塔、水泵、電磁閥等均為低壓供電模式。

圖6所示為傳統(tǒng)模式下該制冷系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)。從傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)上看,制冷系統(tǒng)主設(shè)備盡管冗余設(shè)置,但所有獨(dú)立系統(tǒng)均取自一套低壓供電系統(tǒng),且取自同一面配電柜;相互獨(dú)立的水系統(tǒng)用電設(shè)備,供電系統(tǒng)未獨(dú)立設(shè)置;當(dāng)一套配電系統(tǒng)或某個(gè)配電單元出現(xiàn)故障,引起制冷系統(tǒng)整體停機(jī);供電系統(tǒng)未配置UPS,兩路市電異常情況下,不能保障連續(xù)制冷要求。

圖7所示為產(chǎn)業(yè)園制冷系統(tǒng)實(shí)際采用的供電結(jié)構(gòu),該供電結(jié)構(gòu)基于各套制冷系統(tǒng)冗余工作模式,為每套制冷系統(tǒng)提供完全獨(dú)立的供電模式;制冷系統(tǒng)重要等級(jí)低的用電設(shè)備,均采用雙電源切換裝置,雙電源切換柜配置手動(dòng)旁路;制冷系統(tǒng)用電設(shè)備ATS主/備一致對(duì)應(yīng),避免市電切換影響系統(tǒng)運(yùn)行;制冷系統(tǒng)中冷凍水循環(huán)泵、群控系統(tǒng)、主機(jī)控制柜等設(shè)備,采用獨(dú)立單機(jī)UPS系統(tǒng)供電模式,保障數(shù)據(jù)中心持續(xù)供冷。采用該形式供電結(jié)構(gòu),保證了制冷系統(tǒng)在水循環(huán)、供電結(jié)構(gòu)、邏輯控制等方面完全獨(dú)立,進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性。

數(shù)據(jù)中心供配電技術(shù)展望

1 實(shí)現(xiàn)快速部署、快速擴(kuò)容是供配電技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要課題

如何有效縮短數(shù)據(jù)中心建設(shè)周期,是各數(shù)據(jù)中心在決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段,要考慮的主要問(wèn)題之一。在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域,模塊化設(shè)計(jì)在大型的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心以及超級(jí)計(jì)算機(jī)中都很常見(jiàn),模塊化數(shù)據(jù)中心這一趨勢(shì)進(jìn)一步推向主流,數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)建造中很多問(wèn)題都與系統(tǒng)模塊化程度有關(guān)。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)快速部署、快速擴(kuò)容,可以采取供配電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、預(yù)制化、模塊化的建設(shè)思路,是未來(lái)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的基本策略和重要理念。

供配電系統(tǒng)模塊化建設(shè)思路,不僅設(shè)計(jì)某一特定設(shè)備內(nèi)部模塊化,還應(yīng)升級(jí)到供電、配電等系統(tǒng)層面系統(tǒng)級(jí)模塊化,供配電系統(tǒng)級(jí)的模塊化發(fā)展,及與之關(guān)系緊密的標(biāo)準(zhǔn)化,簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)從初期規(guī)劃、系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)維管理每一個(gè)環(huán)節(jié)復(fù)雜度。

實(shí)施過(guò)程中,應(yīng)綜合考慮變配電、樓層配電、不間斷電源等各部分組成架構(gòu)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)施特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)一體化規(guī)劃、模塊標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、整體拼裝等,從而達(dá)到有效縮短供配電系統(tǒng)建設(shè)周期,實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)快速部署、快速擴(kuò)容的目標(biāo)。

2對(duì)供電系統(tǒng)高可用性、易維護(hù)性要求,依然是數(shù)據(jù)中心供配電技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向從數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的最終功能要求來(lái)看,在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)階段,供配電系統(tǒng)高可用、易維護(hù)一直是數(shù)據(jù)中心供配電主要目標(biāo)。

從國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范來(lái)看,數(shù)據(jù)中心保障等級(jí)、可靠性與供電結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度息息相關(guān),但系統(tǒng)可用性、易維護(hù)性并沒(méi)有隨著系統(tǒng)保障等級(jí)變高,在部分供配電結(jié)構(gòu)中,反而因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)雜度上升影響了系統(tǒng)的維護(hù)性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心為保證可靠性提高,采用復(fù)雜的供配電結(jié)構(gòu),對(duì)于部分系統(tǒng)自動(dòng)化控制不足的數(shù)據(jù)中心,復(fù)雜的供配電架構(gòu)其實(shí)對(duì)運(yùn)維人員技術(shù)能力、素質(zhì)水平都有非常高的要求。

從IT負(fù)載特點(diǎn)看,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,云計(jì)算、云存儲(chǔ)、虛擬化技術(shù)的應(yīng)用,現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的設(shè)備負(fù)載與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比,負(fù)載屬性有了質(zhì)的變化,不同保障等級(jí)的設(shè)備占比,也有極大的變化,更多的設(shè)備可用通過(guò)“240V+市電直供”“UPS+市電直供”等簡(jiǎn)單模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“2NUPS”等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度降低、供配電結(jié)構(gòu)可靠性提高,都對(duì)供配電系統(tǒng)的可用性、維護(hù)性等提出更高的要求。

3有效減少投資成本、提高空間利用率、實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)節(jié)能高效運(yùn)行是數(shù)據(jù)中心供配電技術(shù)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)平衡成本、效益的關(guān)系,依然是數(shù)據(jù)中心行業(yè)重點(diǎn)要考慮主要問(wèn)題,也是數(shù)據(jù)中心體現(xiàn)其自身商業(yè)屬性的必然要求。

一方面,從建設(shè)成本及空間利用率角度出發(fā),未來(lái)需要通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),努力提高供配電系統(tǒng)智能控制水平,節(jié)省不必要冗余設(shè)備投資,減少電力系統(tǒng)空間占地面積,提高數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備可裝機(jī)架能力。隨著高密度IT設(shè)備的要求,供配電系統(tǒng)設(shè)備本身也要通過(guò)提高技術(shù)水平、優(yōu)化設(shè)備柜體結(jié)構(gòu)、措施,提高其單位占地面積的供電能力。

另一方面,從運(yùn)營(yíng)成本及節(jié)能角度出發(fā),當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨日益嚴(yán)峻的高能耗,需要通過(guò)新技術(shù)應(yīng)用,如采用削峰填谷供電技術(shù)、DCIM管理技術(shù)等,進(jìn)一步提高供配電系統(tǒng)的供電效率,減少供電系統(tǒng)電力損耗,降低數(shù)據(jù)中心PUE值,節(jié)約運(yùn)營(yíng)期間的電費(fèi)成本。

結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)選擇綜合考慮因素,并討論了幾種典型數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu),同時(shí)以某一數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)應(yīng)用案例為基礎(chǔ),詳細(xì)分析了幾種不同的供配電結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方案的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn),為數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)及探討提供參考,并對(duì)數(shù)據(jù)中心供配電技術(shù)發(fā)展做了簡(jiǎn)單歸納。

供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施主要組成部分,在數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展中的地位越來(lái)越顯著,對(duì)數(shù)據(jù)中心供配電技術(shù)的研究,已經(jīng)逐步從關(guān)注單個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)而關(guān)注系統(tǒng)解決方案,很多新理念、新架構(gòu)、新技術(shù)、新設(shè)備在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用層出不窮,并日趨成熟。圍繞數(shù)據(jù)中心供配電產(chǎn)品、技術(shù)、應(yīng)用和整體解決方案探討,也逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化、全面化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展,選擇綠色的、經(jīng)濟(jì)的、高效的、可用性高的供配電系統(tǒng),已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)。

作者簡(jiǎn)介

曹?chē)?guó)水:中國(guó)移動(dòng)浙江公司網(wǎng)管中心基礎(chǔ)保障部經(jīng)理,從事通信電源和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)維管理30年,對(duì)數(shù)據(jù)中心規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)維均有深刻的理論研究和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

王邦勤:中國(guó)移動(dòng)浙江公司網(wǎng)管中心基礎(chǔ)保障部動(dòng)力運(yùn)維支持,碩士,工程師,研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)維。

審核編輯：湯梓紅