数据中心的供配电系统

摘 要：数据中心供配电系统是为机房所有需要电源的设备提供稳定可靠的电源支持系统；是数据中心日常运行维护的主要支出之一。在数据中心，供配电系统相当于一个人的心脏和血管，负责向系统的每个设备输送能量。一旦供配电系统出现故障，就会导致IT设备停电停机，造成经济损失和社会影响。因此，数据中心的运维人员和管理者特别关注数据中心的供配电系统是否正常运行。

关键词：数据中心；供配电系统；配电监控；能效管理；

供配电系统架构1数据中心

谈到数据中心供配电系统，就要谈系统架构，关于数据中心供配电系统架构，GB50174 - 《数据中心设计规范》在附录中规定：A2级数据中心应满足容错要求N还可以使用其他系统来避免单点故障。

A级数据中心供配电系统主要有三种架构：2N、DR、RR。

1.1 2N系统

由两个供配电单元组成，每个单元都能满足所有负载的用电需求，两个单元同时工作，互相备用。

正常运行时，每个单元提供50个负载 % 当一个单元故障停止运行时，另一个单元向负载提供100 % 的电能。

这种多电源系统冗余的供电方式克服了单电源系统的单点故障瓶颈，提高了供电系统的可靠性。但由于设备配置多，成本高，通常效率比较高N X系统低。

1.1 DR系统

DR是Distribution Redundancy简称是指分布冗余。

由N（N≥3）个配置相同的供配电单元组成，N单元同时工作。负载分为N组，每个供配电单元为本组负载和相邻负载供电，形成手拉手供电模式。

在正常运行中，每个供配电单元的负荷率为66%。当供配电系统出现故障时，相邻供配电单元将继续供电相应的负载。

1.3 RR系统

RR是Reserve Redundancy简称是指后备冗余。

由多个供配电单元组成，其中一个作为其他运行单元的备用。当运行单元出现故障时，备用单元继续通过电源开关装置为负载供电。

2由数据中心供配电系统组成

这里我们所说的数据中心供配电系统是从供电线路到用户，从高/低压供配电设备到负载停止，主要包括市电引进、变电站、高压配电设备-高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统、输入低压配电系统、不间断电源系统、头柜/母线槽配电系统、机架配电系统。

2.1.高压变配电系统

通过变压器将市电转换为380V，供后低压设备用电。在正常情况下，数据中心主要采用市政电力配电。一般可靠性要求数据中心引入两个市政电源。每个市政电源的供电容量都需要完全满足数据中心的所有电力需求。两个电源负荷设备的输入端自动切换，供电运行正常。

2.柴油发电机系统

主要用作备用电源，一旦市电失电，为后低压设备提供备用电源。

2.开关系统自动转换

市电与市电或市电与柴油发电机之间的备用切换主要自动完成。

2.输入低压配电系统

主要作用是电能分配，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。

2.5不间断电源系统

不间断电源UPS，是将电池与主机连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换为市电(交流电)的系统设备。主要功能是电能净化和电能储备IT负载提供纯净可靠的用电保护。在数据中心，UPS一般采用一用一备容错配置，整个核心负载可一路带起。

2.6列头柜/小母线系统

主要作用是将军UPS分配输出电能，按要求和标准分配各种类型的电能IT设备。

2.7机架配电系统

主要功能是机架内的电能分配，通常采用PDU实现机架内服务器等IT设备的电能分配。

安科瑞为数据中心供配电提供了整体解决方案

3.1方案组成

安科瑞电气紧跟数据中心的发展，推出数据中心AcrelEMS-IDC综合能效解决方案集成了多种子系统功能，如变配电监控、电源备用自投、电气接点温度测量、智能照明控制、电能质量监控与处理、电池在线监控、头柜监控、智能母线监控、消防监控等。帮助用户实时掌握数据中心的运行，确保数据中心的安全可靠运行，协助运维团队提高数据中心的能源效率、资源利用率和可用性，提高运维效率，降低运维效率。

3.2功能介绍

1）系统主页

显示当前数据中心的总能耗、动力能耗、空调能耗等能耗，计算当前数据中心的实时能耗PUE值，以仪表盘的形式直观显示。

2)变电站综自

实时监控数据中心变电站，并显示配电系统当前遥测、遥信数据和状态。

安科瑞可以在变配电过程中提供各种硬件产品。AM系列微机保护装置，APView在线质量在线监测装置，APF&SVG电能质量控制装置，ANDPF精密配电列头柜，ARCM电气火灾监控系统、ASL智能照明控制等产品系列。

3）电力监控

根据供配电系统的特点，电力监控云平台对35进行了处理KV以下供配电实施综合实时监控，为电网安全运行提供现代手段，实现无人值守。

4)电能质量监测

在线监测电能质量，可监测暂态事件记录，如电流和电压谐波畸变率、电压暂升暂降暂停等ITIC容忍曲线等。

5)分布式光伏

监控逆变器运行和电站，统计分析电站发电。

6）UPS监测

系统采集UPS同时监测输入、输出和旁路三相电压、电流、有功功率和功率因数的频率UPS当前负载下的温度、电池电压、剩余时间等数据。

7)电池监控

显示单个电池的电压、内阻和温度，预测电池负载的剩余时间，每个电池数据都可以设置异常报警，及时发现电池异常。

8)头柜监控

该系统可以显示精密配电柜中进线和馈线电路的电气参数，包括电流、电压、电能和开关状态，并从精密配电柜的测量模块中设置和分级数据。

9)母线槽监测

该系统可以显示智能小母线的初端箱和插接箱的电气参数，包括电流电压、开关状态、插接点温度，并对数据进行报警设置和分级。

10）能源分布

通过平面图显示数据中心的能源分布、设备分布和能耗数据，点击平面图上的设备进入特定的设备监控界面。

 11）能耗分析

       显示电能消耗日/月/年报表，并可对具体回路选择曲线图、饼图进行展示。对数据中心用电数据进行同比、环比分析比较，查看用电趋势。

       12）环境监测

       监测数据中心温湿度、开关门、水浸、烟雾、噪声、气体浓度状态等参数。曲线图直观明了，同时支持历史数据查询。

       13）空调监测

       系统可监测精密空调的回风温湿度，出回水温度，并可以设定精密空调的温湿度，达到更好的控制效果。

       14） 智能照明

       用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能化控制。

       15）电气安全

       电气接点温度实时监测，断路器触头、触臂、母排和线缆连接等位置安装无线测温传感器监测接点温度，便于提前发现温度异常导致的事故。

       16）消防监控

       智慧消防管理云平台是在智慧安全用的基础上，增加了火报系统，智慧烟感和智慧消防用水等设备和系统。实现火灾预防、火情报警和联动控制等功能。

       17）故障报警

       报警事件分为四级，通过列表显示各类报警事件数量，通过柱状图显示逐日报警数量，提供报警总数以及增长趋势。

       18）运维管理

       运维管理功能，可针对数据中心各主要设备进行巡检派工，消缺，抢修等维护工作。

3.3典型硬件

       下图为安科瑞AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统的系统拓扑图，按照能源的流向、电压等级的变化，数据中心的供配电从市电引入后，需要经过用户变电站、中高压配电室、柴发室、低压配电室、电池室等场景、最后能源流向数据机房给IT设备进行供电。