数据中心机房供电及解决及方案

中国移动正规划建设多个集团级和更多数量的省级数据中心,这些数据中心将优先采用云计算和虚拟化技术,以及仓储式、模块化机房的建设模式,具有规模大,用电负荷密度高、总功率大、空间紧凑等特点。同时集团公司对规划建设的数据中心提出了低成本、低能耗、扩展灵活的目标。因此对机房供电系统的可靠性、经济性、可扩展性、运行维护成本、节能环保和占地空间等提出了更高的要求。

本文通过对通信电源新产品、新技术应用分析,提出了新型全分散供电结构、336V高压直流电源和锂电池的应用,来实现建设高可靠性、高维护性、高效节能和高灵活性的数据中心机房供电系统。

新型全分散供电结构

一、新型全分散供电结构形式

新型全分散供电结构是指将不间断电源系统(含电池)分散安装在用电设备

的列头或列间,就地为ICT设备供电。全分散供电系统主要由电池柜、电源机柜和配电柜组成,其组成示意图如图1所示:

二、新型全分散供电结构特点

1、可取消电力电池室的建设,节约机房前期土建建设成本

由于将电源设备(含电池)分散到ICT设备机房内部安装,无需再单独设置电力电池室,这样可减少机房前期土建建设成本,更能提高机房的利用率;

2、柔性规划,按需扩容,实现边成长边投资的建设模式

选择模块化电源设备建设,电源系统容量可以根据机房的实际容量需求配置,逐步扩容,无需在建设初期一次性按最大容量建设,只要在机房初期规划好配电容量即可;

3、电源系统结构简单,可靠性高

从电源系统组成方面来看,全分散供电电源系统组成相对传统集中供电电源系统组成简单,系统可靠性非常高。全分散供电系统完全贴近通信设备供电,省去了输出配电屏到列头柜间的供电环节,通过系统可靠性计算,全分散供电系统可用度可达到99.999999%;

4、电源系统效率高,节能效果明显

选用高效电源设备,电源系统效率能够达到95%以上,与传统“1+1”UPS冗余系统相比,电源系统效率可提高5%～10%;

5、电源系统配置灵活,可满足不同等级通信设备的用电需求

由于电源设备安装在每列设备的列头或列间,可根据通信设备供电等级要求,采用单电源或双电源系统供电。因此,当机房全部采用全分散供电结构后,可以随时应对同ICT设备的供电需求,提高了工作效率;

6、电源设备安装紧凑,提高了机房通信设备的装机率

由于列头电源设备均采用19″标准机柜安装,设备安装紧凑,占地面积小,拆装方便,所以搬迁容易、快捷、无浪费或少浪费,随时可满足机房区域调整的需求。

三、新型全分散供电结构对设备的选型要求

为了能够在同一机房内与ICT设备机柜同列安装,与ICT设备机柜保持风格一致,电源设备选型配置要求如下:

1、电源机柜、配电柜和电池柜尺寸要求为标准19″机柜;

2、电源设备应采用高可靠性的模块化电源(如组合式高压直流),电源系统容量可根据需要进行扩容;

3、电池应选用大电流放电特性好,占地面积小、重量轻,无酸雾,适合在标准19″机柜内安装的蓄电池(如锂电池);

4、电源系统应有完善的监控管理功能,并能够接入机房动力环境监控系统,实现统一管理。随着通信电源技术的发展,模块化电源和新型锂电池在通信行业的广泛应用,现有的新型电源产品(如高压直流和锂电池等设备)完全能够满足全分散供电方式电源设备的配置选型要求,为我们创造了采用全分散供电结构的条件。

336V高压直流电源应用

高压直流供电系统(HVDC)是近几年正在研究的一种集中了UPS供电系统和-48V直流供电系统的优点为一体的新型供电系统。

336V(标称电压)高压直流电源是中国移动提出的面向未来全新的供电方案,这与国际上提出380V的运行电压是一致的,具有国际先进水平。

四、336V高压直流电源技术特点

336V高压直流供电系统克服了传统UPS供电系统效率低、可扩展性差、可靠性低、成本高等弊病,具有电路简单、变换少、可靠性高、效率高、体积小、成本低等优点。其与传统UPS供电系统内部结构对比如图2所示。

336V高压直流供电系统可以很好地解决交流UPS存在的诸多问题,各种参数对比见表1。

五、336V高压直流电源供电方案

根据服务器输入电压的不同,336V高压直流电源在数据中心中供电方案主要有以下两种:方案一:选用输入电压为12V直流服务器,通过在服务器机架中部配置336V/12V的嵌入式电源,集中为12V直流服务器供电。

12V直流服务器应用已非常成熟,目前阿里巴巴、谷歌、Facebook数据中心均选用的12V直流服务器。

方案二:选用输入电压为400V直流服务器,直接采用336V高压直流系统供电。

目前国际上400V高压直流电源接口标准已于2012年2月份发布,HP、IBM 等企业将陆续推出400V直流服务器。

六、336V高压直流电源产品成熟度

目前国内主要通信电源厂家(如华为、艾默生、志成冠军、中达、动力源、核达中远通等)均研发生产出高效率(95%以上)的336V直流电源产品和高效率(94%以上)的336V/12V嵌入式电源或PSU,大部分厂家参与了中国移动336V高压直流电源试点应用工程,从系统各项测试结果来看,产品的各项指标参数完全适用通信和数据设备的供电需求。

随着国内外高压直流相关标准的陆续发布和产业链的成熟,通信电源厂家将推出各种类型的336V直流电源及相关配套产品,相信336V高压直流电源供电方案将成为数据中心高效供电解决方案。

七、数据中心ICT设备336V直流供电支持情况

1、ICT设备336V直流供电原理

目前ICT设备主要以交流供电为主,交流电源模块(PSU)主要有两种,ATX标准电源和SSI标准电源,其简化的电路拓扑结构如图3所示。交流220V输入先经过EMI滤波、整流、PFC电路,变换成380V左右的直流,然后再将380V直流经过DC/DC