数据中心电源解决方案及选型

数据中心电源解决方案及选型

发表时间：2019-11-06T11:30:58.777Z 来源：《基层建设》2019年第23期作者：苏建伟

[导读] 摘要：随着互联网应用技术的迅速发展，作为互联网载体的数据中心建设规模日益变大。

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司河南郑州 450052

摘要：随着互联网应用技术的迅速发展，作为互联网载体的数据中心建设规模日益变大。巨大的用电容量需求给数据中心的建设和运营带来了空前的压力。文章根据数据中心常用的供电解决方案提出了三种电源产品解决方案，并根据安全可靠、节能环保、管理维护、建设成本四个方面提出的电源产品解决方案进行对比和分析，作为数据中心建设的配套电源产品选型参考。

关键词：数据中心；电源系统；节能环保

近年来，随着移动互联网时代的到来，基于互联网技术提供的各种服务已融人到人类的社会生活中，数据储存容量需求高速发展。作为互联网应用服务载体的数据中心，其建设需求也在同步不断增加。近几年来，随着互联网服务、电子商务行业的高速发展，我国的IT服务巨头B.A.T（百度、阿里、腾讯）、三大运营商（移动、联通、电信）都投人了大量的资金用于数据中心的建设。截止目前，全国已经建成了规模不一但数量庞大的数据中心。各大数据中心运营商为了节约成本、便于管理、形成规模化效益，数据中心的建设规模逐渐变得越来越大，同时，巨大的用电容量也给数据中心的建设和运营都带来了巨大的成本压力。如何合理配置资源，提高数据中心供电的安全性，降低运营成本，成为各大数据中心运营商在机房建设中重点考虑的因数。

一、数据中心对供电的要求

主要应包括以下几方面。

1.1安全可靠

一般要求电源供电系统的可用度A!99.999M。因此，必须合理进行配置，达到系统供电安全最优化。

1.2节能环保

在能源紧缺、重视环保的今天，“绿色、节能、高效”是新一代数据中心建设的主流标准。不间断电源（UPS）在绿色、节能、高效方面的表现，主要体现在输人功率因数、输人电流谐波以及整机效率等方面。

1.3可维护性

不间断电源（UPS）供电系统应当具备维护方便，便于管理的设计需求。在节省系统的维护成本的同时，更为重要的是可以尽量避免因人为维护或者管理不当，而引发的系统故障。

1.4建设成本

从数据中心容量需求在应用过程中会逐步增大的情况，要求电源系统配置可扩容设计。这样能有效地控制系统建设初期投资费用，同时，又能使UPS供电系统在数据中心的建设过程中，始终保持安全高效的工作状态，提高了系统的性价比。因此，数据中心供电系统的合理设计，并非一味追求某一项指标的最优化，而是应该根据实际应用的需求，在保证安全可靠、节能环保、运维方便、成本合理这些要点中寻求一个平衡点，提供一个节能环保，安全可靠，经济适用的供电系统解决方案。

二、数据中心用电特点

2.1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列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。

2.2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。

三、数据中心供配电系统解决方案分析

数据中心在运行的时候，往往是二十四小时不间断运行，其本身具有用电量比较大和可靠性较高以及对电源品质要求比较高的现象，其中比较常见的是电力系统在具体运行的过程中，对电能实施发、输、配、用中的配和用等内容，促使这些方面能够在电力系统正常运行的基础上具体实施。在供配电系统中，功率通常情况下是单向流动的，也就是根据电源端向用户端的方向流动，通过一定的分配手段的基础上，使得供配电的目的得以实现，将电力系统中的电能改变成用户所使用的用电设备可以利用的电能。根据当前的数据而言，其电压等级主要处于35KV或以下。因此供配电系统在设计处理的时候，需要明确其电能负荷的性质和周围区域电量供应的具体情况等。

3.1热备份串联供电的相关方案

串联备份技术和其他技术相对比而言，是比较成熟的，其发展的阶段是比较早的，使用范围相对广泛，其中多种关于UPS技术的相关资料中串联也可称为热备份，多数人都将其称为串联。供电方案中串联的UPS是比较完整的，其也具有自己的旁路在线类型的UPS单机。这些单机的连接媒介仅仅为电源线，没有其他信号连接。通常情况下主机进行全面供电，从机基本上没有对其加以负载处理。

这一方案在具体应用的时候，其优点是结构相对简单，在实施安装处理的时候，比较快捷，相对价格也合理，多个不同公司的UPS能够串联使用。这一方案的具体实施缺陷是需要不间断进行负载用电的扩容处理，就必须持续带电工作，而这一过程中的危险程度也会增加。

3.2直接并机供电方案

直接并机供电方案的形式主要是将多个同类型型号和功率的“不间断电源”在并机柜或并机板等基础上，将输出端连接在一起而形成的。这一方案的主要功能是多台机器对负载功率共同承担处理，其中比较显著的原理是在一般情况下，多个UPS都具有逆变器的输出分担负载及电流，在其中任何一个“不间断电源”出现问题的时候，其余的都会再次对全面的负载进行承担，在促使并联冗余实现的时候，其基础始终是对以下相关内容有效处理。

每个UPS逆变器所输出的波形之间的相位和频率等方面需要是相同的。UPS逆变器在输出电压的时候，这些电压也需要保持一致。每个

UPS都应对其负载进行分担处理。如果UPS出现问题，就会出现迅速脱机的现象，这一方案在具体实施的时候，其中多个UPS能够对其负载有效平分，提升运转的可靠程度。对于扩容部分而言，会更加简便。在正常工作的过程中，平均分担供配电负载，可以促使系统的使用寿命得以延长。而这一方案在具体实施的时候，其主要的缺点是运行的成本相对比较高。

3.3双母线供电方案

双母线供电方案在具体运行的时候，其为了控制系统实现的成本，数据中心的负载主要包含着单电源负载和双电源负载等部分，而这一情况下，使用两套母线系统能够促使其共同承担双电源负载，在双电源负载的基础上，其各自承担二分之一的单电源负载，两套母线会平均带有百分之五十的负载，减少单个母线负载的压力。

双母线供电方案和以前的供电方案比较大的区别是，双母线供电对整体系统的利益是能够对负载用电的可靠性加以提升，而除此之外，这一方案在具体实施的时候，其开放性和前瞻性等都比较显著，这一内容对系统后期的扩展和维护等方面都具有有利影响。

四、结束语

综上所述，随着技术的发展，高效节能和低成本投人的需求，数据中心对供电系统的要求也不断发生着变化，但总的趋势要求是：安全可靠、高效节能、扩容方便、配置灵活。因此，环保高效的高频UPS及高功率密度的模块化UPS、高压直流将逐步在数据机房推广，同时，传统的相控型整流的UPS因可靠性高的特点，在数据机房的使用应当会再持续一定时间。

参考文献：

[1]徐斌，古雄文，刘岩.数据中心用电管理解决方案[J].智能建筑电气技术，2017，6（1）：101-103.

[2]张广明，沈卫东，曲颖．UPS高可用供电系统设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2016．