淮亚利
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要： 数据中心，也被称为互联网数据中心，是一个综合性的专业的技术场地设施，建设需要将空间设计、建筑装潢、电源系统、空调设备、消防设备及照明设备融合一体进行统一规划。动力环境系统的规划设计，主要是对数据中心的用电需求进行整体设计、整
体规划，以满足数据中心的使用要求及后续的发展要求。只有既满足数据中心的各项国标要求，又具有建筑装饰现代艺术风格，有新的立意，才能充分满足业主的使用要求。
关键词： 数据中心 不间断电源系统 UPS 系统 高压直流系统 电源利用效率 PUE
一、数据中心供配电系统概述
数据中心是各类信息数据设备安装和运行的环境，为了保证计算机系统的稳定及可靠运行，通信网络畅通无阻地传递信息，必须具备良好的操作环境。数据中心的建设的目标不仅需要满足当前业务的运行，还需要为今后业主的业务发展提供服务。因此数据中心的建设要求提供高可靠、高品质的机房环境。数据中心的供配电系统主要包括数据中心的低压引入、不间断电源系统、应急供电系统和配电列头柜系统。供配电系统是数据中心建设的关键系统，直接影响机房内数据传输和网络的可靠性、可扩展性、可维护性。
二、供配电系统
数据中心用电负荷等级及供电要求应根据数据中心的等级确定，按照国家现行规范定义，国内数据中心的等级由高至低分为A级、B级和C级。其中A级为容错型，要求供电系统按容错系统配置，也就是我们通常说的2N的配置模式；B级为冗余型，要求供电系统按冗余要求配置，也就是我们通常说的N+1的配置模式，C级为基本型，要求供电系统按基本需求配置。供配电系统设备技术的要求及设备配置原则如下表 1。
表 1 数据中心供配电设备配置技术要求表
数据中心的配电系统一般指从低压配电到设备负载供电之间的配电，包括配电系统一般包括低压配电系统、交 / 直流系统、配电柜系统，高压配电及低压一次配电包含在建筑物整体建设中，由电气专业负责，需要考虑建筑物的整体用电情况。一套完整的数据中心供配电系统组成如下图所示：
图 1 数据中心供配电系统图
通信设备电源需要与空调动力电源分开，通信设备及一些重要设备采用不间断电源系统供电，其它非重要设备可以采用市电直接供电。
2.1 低压配电系统
低压配电系统的电压为380V或 220V，交流电频率为50HZ, 供电质量需要达到 A 级。不间断电源系统和空调系统在正常运行状态下需要通过低压系统供电，设置在建筑物内局部区域的数据中心可单独设置低压二次配电系统，由就近的低压一次配电系统提供满足容量需求的供电端子，通过低压母线槽，引入数据中心的配电室设置的低压二次配电系统。
低压配电系统的建设容量按照数据中心远期的用电需求进行设计，一套低压配电系统，需要设置输入柜、市电油机
切换柜（ATS）、输出柜等。同时在配电室和数据中心配置供空调、照明单独使用的配电柜 / 配电箱。数据中心的低压负荷用电需求主要为数据中心的机柜设备用电需求、空调用
电需求、照明、风机及其他设备需求，还包括不间断电源系统的供电需求。在计算数据中心的低压引入的时候，上述用电设备的负荷需要按照远期规划的规模全部计算进去，详细计算如下：1. 设备机柜功率：单台设备机柜功率╳设备机柜台数 = 总功率（KW）；2. 蓄电池充电功率：蓄电池组组数* 每组蓄电池电压 * 每组蓄电池组充电电流（单组蓄电池容量 *10%）（KW）；3. 空调负荷：数据中心内IT设备热负荷+环境热负荷；4. 其它用负荷，照明及其他弱电系统，如监控系统等。由以上几项可以计算出一个数据中心的交流引入容量。低压配电系统，对空调系统和其他通信信息设备单独供电，以避免了空调系统启停对重要用电设备的干扰。因此需要设置不同的低压输出为空调系统和其他通信信息设备及负载供电，即：不间断系统市电引入容量 = 设备机柜功率+ 蓄电池充电功率 + 其他负荷功率（需要不间断电源系统保护的设备的功率）；空调照明等市电引入容量 = 空调功率 +其他负荷功率（不需要不间断电源系统保护的设备功率）。
2.2 不间断电源系统
根据数据中心的建设等级要求，通信信息设备宜由不间断电源系统供电。不间断电源系统应有自动和手动旁路装置。确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量。不间断电源系统，根据通信设备的电源配置情况，分为直流不间断电源系统和交流不间断电源系统。不间断电源系统必须具有良好的灵活性与可扩展性，能够根据数据中心后续的发展及技术进步的需求，方便地进行设备扩容、技术升级、设备更新等建设工程。不间断电源系统分为直流不间断电源系统和交流不间断电源系统。直流不间断电源系统，包括 -48V(+24V)开关电源系统、240V(336V) 高压直流系统；交流不间断电源系统：主要指 UPS 系统。
直流不间断电源系统由开关电源系统或高压直流系统和蓄电池组成，交流不间断电源系统由UPS系统和蓄电池组成。蓄电池组采用全浮充方式，与开关电源系统 / 高压直流系统
/UPS 系统并联向负载供给不间断的电源，当市电停电后，由蓄电池放电供通信信息设备用电，当油机供电或市电恢复正常后，仍然转为浮充供电并对蓄电池组补充电。
1 直流不间断电源系统
直流不间断电源系统包括-48V(+24V)开关电源系统、240V(336V) 高压直流系统。在数据中心内，传输设备、部分数据设备采用 -48V 直流电源，部分特殊 IT 设备会采用240V 或 336V 高压直流电源。-48V(+24V) 开关电源系统一般包括交流配电屏、整流屏和直流配电屏。
直流不间断电源系统的容量 = 直流设备总容量 + 备用模块容量 + 蓄电池充电容量
其中：蓄电池充电所需容量：蓄电池总容量的 10% ，例如：2组2000Ah 蓄电池需要 400A 的充电容量。整流模块的配置：在每个系统中，整流模块总数不宜少于3只，并联使用的整流机架不宜超过 3 个，在一个整流机架内安装的整流模块不宜多于20只。直流系统备用模块数量：模块配置根据系统最大输出电流采用 N+1 冗余配置。其中 N个主用，N ≤ 10 个时，1个备用；N>10个时，每10个备用一个。整流模块的规格一般有50A模块、100A模块、200A 模块。
2 交流不间断电源系统
交流不间断电源系统主要指 UPS 系统，属于通信电源专业。UPS 可以为重要负载提供不受电网干扰、稳压、稳频的电力供应的电源设备，在市电掉电后，UPS 可继续给负载提供一段时间的供电。UPS系统具有三大功能：稳压、滤波、不间断。数据中心内，IT类设备采用 220V 交流电源，部分特殊IT设备会采用 380V 交流电源。UPS系统按要求采用
N+X 的配置方式，主要是考虑到随着数据中心负载规模的扩大和重要性的不断提高。
UPS系统容量=交流设备总功率/UPS 建议带载（75%-85% /负载功率因数（ 0.8-0.99 ）。
2.3 蓄电池组的配置
蓄电池的配置是为了满足系统满载时对通信系统供电保障的需要。蓄电池组总放电时长应根据数据中心的建设级别、配电系统情况和维护要求等因素确定。每个不间断电源系统
蓄电池组数至少 2 组，最多不宜超过4组。数据中心的蓄电池组宜选用铅酸蓄电池。蓄电池容量计算公式为：
Q ≥ KIT÷{η[1+α(t-25)]}，其中：其中：K 为安全系数，I为负荷电流，T 为放电小时数，t为最低环境温度，η为放电容量系数，α为电池温度系数。上述参数均依照《通信电源设备安装工程设计规范》规定取值
2.4 精密列头柜
不间断电源系统的输出末端分路宜使用精密配电系统，作为末端负载的分配电管理设备。精密配电柜由分配电、防雷、计算机级接地，智能监控等子系统组成，精密配电柜需要具有全面的电源管理功能，可以将配电系统完全纳入数据中心监控系统。配置液晶显示屏，具有监控显示功能，可实时监测直流总电压、电流、以及支路负载开关状态；高压直流系统的列头柜的配置需要注意，列头柜需要配置绝缘监察装置，并应具备与监控模块通信功能。
三、安科瑞列头柜及监测产品介绍
随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。
AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和有效管理，为实现绿色IDC提供可靠保证。
1.1精密配电管理解决方案
1.1.1交流系统
1）功能要求：
遥测：输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
2）配置方案-示意图
配置方案
多功能仪表 PZ72L-E4
电流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
1.1.2直流系统
1) 功能要求
遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限功能。
2)配置方案-示意图
配置方案
多功能仪表 PZ72L-DE
霍尔传感器 AHKC-F- XXA/5V
开关电源 SBD-30 （48V）
2.2产品规格
说明：■为标配功能。
2.3配套附件
四、 安科瑞母线槽监测产品介绍
1.1 概述
数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。近年来，随着数据中心建设的快速发展和更高需求，智能小母线系统逐渐被应用于机房的末端配电中，具有电流小、插接方便、智能化程度高等特点，即插式插接箱给各个机柜内的PDU分配电。始端箱和插接箱内可设置监测模块，将数据上传至动环监控中心。
1.2 AMB智能小母线管理系统
1）交流系统功能：
遥测：三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能、无功电能、电缆温度，系统频率、零序电流、零地电压、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电压/电流谐波含量、电流/功率；
遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、过频率、欠频率越限、零地电压、零线电流、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；
2）直流系统功能：
遥测：电压、电流、功率、电能、电缆温度、漏电流、机柜温度、机柜湿度、开关状态、电流/功率；
遥信：过电流2段阀值越限、过/欠压、过功率告警、缺相、温/湿度告警，开关状态、开关跳闸；
1.3 产品介绍
说明：■为标配功能。
五、结束语
供配电系统是数据中心建设的关键系统，直接影响数据中心的数据传输和网络的可靠性、可扩展性、可维护性。在数据中心的整体建设中，数据中心的建设等级决定了数据中心的配电冗余等级，还需要结合数据中心的业务规划，考虑未来的可扩展性，合理制定数据中心的市电引入容量和不间断电源系统的建设容量，确保数据中心的灵活扩展。
参考文献：
【1】GB 50174-2017.《数据中心设计规范》[S].
【2】林博.数据中心配电系统建设方案.
【3】安科瑞数据中心IDC配电监控解决方案.2020.03版.
【4】安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.
作者简介：
淮亚利，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事数据中心智能小母线监控的研发及应用。手机:18702111853（微信同号）；QQ：2880157869；邮箱:2880157869@qq.com