国内外数据中心分布式供电模式介绍

国外号称最节能IDC机房 PUE=1.07
节能
我国大多数在1.5-2.0之间
组建投产快捷 等级化部署
非永久、不固定 TierⅢ/Ⅳ/Ⅴ
国外推广集装箱式IDC、集装 箱式油机
快捷
我国很少用集装箱式IDC、集 装箱式油机
7
2 国内外数据中心发展情况
国外大型数据中心供电可靠性并不高 同一中心，5次大事故，4次是电源
最彻底 的分散
29
市电直供+ 服务器内 12V蓄电池
建设最快 PUE最低 空间最小
5 分布式供电模式应用分析
分布式供电模式的应用问题分析
不利之处：
X 供电可靠性问题 对于机架级分布式供电电源：供电可靠性比传统大型UPS（N+1）系统相比要低。 对于服务器级分布式供电电源：供电可靠性最低。
X 维护难度问题 对于机架级电源，数量多，维护工作量非常大；对于内置在机架电源的蓄电池，受密封箱 体限制，难以在线测试和在线更换。 对于服务器级电源和内置在服务器内的蓄电池，数量极大，基本不具备专业维护条件。
（五）服务器进行277Vac→12Vdc直流转换+服务器蓄电池 服务器级分散电源（续）
俯视照片
GG
20
侧视照片
提纲
1
数据中心供电现状
2
国内外数据中心发展情况
3 国外数据中心多种经济型供电方式
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
5
分布式供电模式应用分析
21
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
分布式UPS供电的数据中心—分布式220VUPS
美国弗吉尼亚洲亚马逊数据中心，服务器出现了技术问题，导致网络 延迟及链接错误，号称“云震云端大地震”。导致多个知名应用网站 出现大规模停止。
原因：网 络故障
2012年6 美国弗吉尼亚洲亚马逊数据中心 发生断电事件，市电电缆断了，二台 月14日 油机不能及时启动，UPS放光，所有服务器宕机。。
原因：电 源故障
服务器
12V电源 12V蓄电池 12V电源
服务器
12V电源 12V蓄电池 12V电源
特
有市电时，服务器内电源模块
点
277V→/12V变换电源给服务器供电
无市电时，服务器内12V蓄电池给服务 器供电
300W/电源模块 3.2AH/12V蓄电池
网络机柜 19
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
2009年12 美国弗吉尼亚洲亚马逊数据中心全停电，原因是重要配电器件故障。 月16日
原因：电 源故障
2011年8 月8日
欧洲都柏林亚马逊数据中心一个变压器因为雷击导致起火爆炸，连带 油机控制板PLC也损坏，油机无法启动导致停电。服务器停电45分钟， 但很多服务需要24小时才能恢复
原因：电 源故障
2011年4 月21日
方式一：双路均分方式
14
服务器上有277Vac→12Vdc电源模块和 48Vdc→12Vdc电源模块二种
有市电时，市电直供回路和48V回路同 时输出 无市电时，48V电源的蓄电池回路输出
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
（二）交流市电直供/48V直流+蓄电池 机房级集中式大容量电源 双路输入方式（续）
2
1 数据中心供电现状
数据中心供电可靠性定位
大型公共网站 重要托管客户
数据中心
灾备中心 企业数据中心
云中心
一般等级 高等级 最高等级
N+1单系统 2N独立双系统 2（N+1）独立双系统
理想与现实的矛盾，一直在折磨电信人
电力网大停电事件频频发生
国外：911事件 美加大停电 印度大停电
国内：深圳4.10大停电 惠州7.19大停 电……
未来集中式大容量UPS
模块式 IGBT整流 N+x模块式冗余
5
提纲
1
数据中心供电现状
2
国内外数据中心发展情况
3 国外数据中心多种经济型供电方式
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
5
分布式供电模式应用分析
6
2 国内外数据中心发展情况
国外数据中心发展特点
节能环保 运营成本低廉
追求最低PUE 追求最低TCO
28
5 分布式供电模式应用分析
分布式供电模式的应用问题分析
可取之处：
X 节约UPS机房空间 DPS分散在机柜上，不需要专门的大型UPS和蓄电池机房。（当然机柜内部分空间 或服务器内部分空间要被DPS设备和蓄电池占用）。
X 对追求低PUE值有“帮助”
分布式供电模式把属于传统大型UPS的耗电划到了机柜里去，WIT比重加大了。
277Vac输入口 48Vdc输入口
方式二：市电主供、48V电备用 的供电方式
15
特点
有市电时，以市电回路输 出为主（48V回路处于休 眠状态）
无市电时，立即唤醒48V 回路，以48V电源的蓄电 池回路输出
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
（三）机架上进行277Vac→12Vdc直流转换+机架蓄电池 机架级集中式电源 双路输入方式
（一）一路市电直供/一路UPS电+内置锂电池 机架级集中电源 双路输入方式
服务器接受220Vac电源电压
特
有市电时，以市电回路和UPS回路同时
点
输出
无市电时，机架式UPS内蓄电池逆变给 服务器供电
6kVA(4.8kW)/电源模块 240V/10AH 蓄电池
22
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
分布式UPS供电的数据中心—分布式240V高压直流
市电直供型数据中心
（一）一路市电直供/一路UPS电+外置大蓄电池 机房集中式大容量电源（续）
特 点
方式二：市电主供、UPS电备用的供电方式
市电主供、UPS电备用的供电方式
接UPS电的服务器电源模块输出直 流电压比市电供电的服务器电源 门口输出电压稍低一点，实现市 电优先输出
有市电时，市电主供、UPS电备用
服务器直接接受12Vdc电源电压
特 点
有市电时，机架上电源模块277V→12V 变换电源给服务器供电
无市电时，机架上12V蓄电池给服务器 供电
4.5kW/电源模块
16
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
（三）机架上进行277Vac→12Vdc直流转换+机架蓄电池 机架级集中式电源（续）
X 分散了掉电风险 机柜级甚至服务器级分散供电，不会发生全机房所有DPS同时掉电的情况（除非 市电长时间停电）。（但单个机柜掉电风险仍然比较高）
X 快速建造数据中心 快速建造数据中心：机柜级甚至服务器级分散供电，在建好机柜的同时，DPS也 建设好，对快速响应前端突发客户需求有很大帮助。
X 减少一次性规模投资带了的资本沉淀 可以多期建造数据中心的电源系统，随用电负荷和带载机柜数量的增加逐步增加 DPS数量，减少像大型UPS系统一次性巨额资本投入，UPS容量长期闲置的浪费，
2012年中国电信集团节能减排专题培训班
国内外数据中心分布式供电模式介绍
赖世能 中国电信股份有限公司广州研究院 中国电信集团电源技术支撑中心
2012年9月6日 西安
提纲
1
数据中心供电现状
2
国内外数据中心发展情况
3 国外数据中心多种经济型供电方式
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
5
分布式供电模式应用分析
交流 电源
市电 277Vac 配电
12V
电源 服务器
模块
12V
UPS
电源
模块
~
-
277Vac
交流
-
~
12V
电源
蓄电池
特 点
方式一：双路均分供电方式
1 2
服务器上有277Vac→12Vdc电源模块
有市电时，市电直供回路和UPS回路同 时输出
无市电时，UPS回路的蓄电池经逆变器 输出
3 国外数据中心多种经济型供电方式
（二）一路市电直供/一路高压直流+内置锂电池 机架级集中电源 双路输入方式
服务器接受220Vac和240Vdc电源电压
特
有市电时，以市电回路和240V回路同
点
时输出
无市电时，机架式240V内蓄电池给服 务器供电
5kW/电源模块 240V/10AH蓄电池
23
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
分布式UPS供电的数据中心—分布式12V直流
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ30
5 分布式供电模式应用分析
3
数据中心停电故障屡屡发生 国外：亚马逊数据中心
国内：北京 上海 广州 深圳 长 沙……
1 数据中心供电现状
全国电信行业数据中心应对举措
2005年中国电信最早发布数据中心电源空调设计规范：
IDC分级管理
核 机柜功率≤4kVA
心 下送风气流组织 指
标 要
背靠背机柜排列
求 UPS双系统模式
UPS蓄电池后备时间60min
Â国外为了节能，追求高PUE值；为了追求快速建设部署，发展了一 些分布式供电模式。
Â与集中式大型电源相比，供电可靠性难以提高；维护难度有所加大 。
2 国内外数据中心发展情况
我国数据中心供电现状
高等级数据中心：
双路独立高压
UPS蓄电池后备时间1小时
（N+1）台油机 2N独立双UPS系统
空调双电源/空调双冷源/中 央冷冻水双水管
2012年6 月29日
美国弗吉尼亚洲发生大面积断电事件，亚马逊数据中心市电停电，油 机无法启动；UPS放光，服务器宕机，大部分服务器在油机修复启动 后，回复工作，还有部分受其他控制系统影响，推迟3小时才恢复。
8
原因：电 源故障
2 国内外数据中心发展情况
国外大型数据中心供电可靠性不高的原因
Â国外大型数据中心供电可靠性并不高，可能还不如中国。
4.5kW/电源模块 3.2AH/12V蓄电池
18
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
（五）服务器进行277Vac→12Vdc直流转换+服务器蓄电池 服务器级分散电源 双路输入方式
277Vac 277Vac
服务器接受277Vac电源电压
服务器
12V电源 12V蓄电池 12V电源
无市电时，UPS电主供
13
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
（二）交流市电直供/48V直流+外置大蓄电池 机房级集中式大容量电源 双路输入方式
交流 电源
配电 277Vac 单元
交流 电源
48Vdc
~
48V直 流电源
48V蓄 电池
12V
电源 服务器
模块 12V
电源 模块
12V
特 点
T-X
17
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
（四）机架进行277Vac→12Vdc直流转换+服务器蓄电池 机架级半集中式电源 双路输入方式
服务器直接接受12Vdc电源电压
特
有市电时，机架上电源模块277V→12V
点
变换电源给服务器供电
无市电时，服务器内12V蓄电池给服务 器供电
3 国外数据中心多种经济型供电方式
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
5
分布式供电模式应用分析
11
3 国外数据中心多种经济型供电方式
市电直供型数据中心
动机：为了获取更好的节能效果和投资回报，国外不少数据中心开始尝试各 种不同的市电直供方式。
（一）一路市电直供/一路UPS电+外置大蓄电池 机房集中式大容量电源 双路输入方式
普通级数据中心： 双路高压 N台油机 一套（N+1）UPS系统
UPS蓄电池后备时间30min 空调分散电源供电
1 0
代价：投 资大、周 期长、占 地多、浪 费大
每机柜综合造 价15-18万元
PUE≥ 建设期1 1.7 年以上
回报：可 靠性高、 维护水平 高、规模 效应好
提纲
1
数据中心供电现状
2
国内外数据中心发展情况
供电可靠性问题
问 维护难度问题 题 投资效率问题
电池安全问题
具备一定在线更换DPS能力
26
提纲
1
数据中心供电现状
2
国内外数据中心发展情况
3 国外数据中心多种经济型供电方式
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
5
分布式供电模式应用分析
27
5 分布式供电模式应用分析
分布式供电模式的应用问题分析
可取之处：
（二）一路市电220V→12V直流+机架锂电池 机架级集中电源 双路输入方式
服务器接受12Vdc电源电压
特
有市电时，以12V回路给服务器供电
点
无市电时，机架式12V蓄电池给服务器 供电
5kW/DPS 240V/10AH蓄电池，后备时 间20min左右
24
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
分布式UPS供电的数据中心—分布式UPS的结构
某公司分布式UPS产品
UPS 供 电 回 路 接线端子
市电供电回路 接线端子
体积：4u高 重量：50kg
25
服务器
4 国内数据中心分布式供电模式介绍
分布式UPS供电的数据中心—分布式UPS的性能
具备6kVA（4.8kW）的UPS供 电能力
具备满载条件下放电22min后
特 备供电能力 点
具备一定监控手段
此后，中国其他单位也陆续发布数据中心标准
4
1 数据中心供电现状
数据中心采用大容量UPS系统集中供电
维护集中方便 供电可靠性高
集中式 大UPS
抗负载波动能力强
规模效应好
小系统 中系统 大系统
100-200kVA 300-400kVA 600-800kVA
早期集中式大容量UPS 整机式 6脉/12脉整流 N+1机架式冗余