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丁聪：微模块数据中心的供配电如何设计？

2021-04-16

中国电源产业网

导语：微模块数据中心可将传统数据中心的机架和配套设备集成为一体,实现数据中心的灵活部署,大幅缩短数据中心的建设周期､降低建设成本｡本文系首届杰青论文竞赛二等奖作品，发表于《智能建筑电气技术》2019年第6期，将通过分析微模块数据中心对供配电系统的要求,探讨供配电系统设计,为微模块数据中心的建设提供技术参考｡

正文

0 引言

近年来，移动互联网､云计算､大数据业务呈现爆发式增长，数据中心建设规模越来越大，漫长的建设周期､巨大的能源消耗､复杂的运营维护､持续的扩容更新等问题一直困扰着数据中心的建设者和运营者。为应对这些问题，数据中心的建设形式也在不断的发展､迭代､进化。近几年来，以腾讯､百度､阿里为代表的互联网企业，纷纷采用微模块形式建设数据中心，使得微模块数据中心成为目前互联网行业内最主流的数据中心建设形式之一。

微模块数据中心相对于传统数据中心而言，将原本相对独立布置的机架和配套设备集成为一体，在工厂内预制化生产，运送到机房现场拼装调测，从而实现数据中心的快速､灵活部署，可以较大缩短数据中心的建设及交付周期。

1 微模块数据中心对供配电系统的要求

微模块数据中心应根据微模块的容量､等级要求，引入“市电+油机”的供电电源。

1.1 对市电引入和变配电系统的要求

微模块应根据机房整体规划确定总用电需求，根据机房设备的重要程度确定市电､变配电系统对其冗余保障程度；最终确定市电､变配电系统的终期规模。

当原有市电不足需进行增容时，宜按终期规模进行容量申请及引入，至少引入两路市电(满足双重电源要求)，有条件时可引入多路市电(N+1或N+N)。

1.2 对后备发电机组的要求

在传统局房内建设微模块机房时，应根据局房整体规划､机房内安装设备的重要程度确定后备发电机组容量需求。

在传统局房内建设微模块机房，若原有后备发电机组容量不足需进行增容时，应按终期规模进行配置与建设。

1.3 对通信电源系统的要求

微模块可配置的通信电源系统包含-48V直流系统､240V/336V直流系统､市电､交流UPS系统。

蓄电池后备时间，按照实际机房条件进行配置，市电油机具备自启动自切换功能时，蓄电池宜配置在15~30min。

2 微模块数据中心的供配电系统设计

2.1 明确微模块供电模式

微模块单体内的用电设备，主要包括IT机柜(IT设备､服务器)､列间空调､弱电机柜(交换机､动环监控设备)､辅助照明､封闭通道两侧门和天窗控制系统等。

其中，微模块单体内的每一个IT机柜､每一台列间空调､弱电机柜等，均需配置两路电源供电；辅助照明､封闭通道两侧门和天窗控制系统等，可配置一路或两路电源供电。

近几年来，240V直流､336V直流等供电技术，均已在数据中心行业得到较为成熟的规模化应用。高压直流供电技术是一种新型供电技术，兼具UPS交流供电技术和-48V直流供电技术的优点，能克服传统UPS供电方式效率低､可靠性低､可扩展性差､成本高等弊端，具有电路简单､效率高､可靠性高､成本低等优点。

微模块单体供配电系统，以2N电源系统为例，可组合搭配为市电+模块化UPS､市电+高压直流､模块化UPS+高压直流､双路市电､双路模块化UPS､双路高压直流等供电模式。

2.2 供配电系统设计

市电､模块化UPS等进行搭配的供配电系统设计，已经非常成熟，本文不做赘述。仅以为IT设备提供双路240V高压直流配电､为列间空调提供双路市电配电为例来做分析。

微模块所需外部电力由两路低压配电系统同时供电。两路240V高压直流电，正常工作时各带载一半的IT负载，在任一路供电异常掉电，或者出现闪断的情况下，应确保各个系统供电不间断。通常每套微模块单体内包含2套配电柜､2套240V整流柜､2套电池柜､若干个IT机柜､若干个弱电柜､若干台列间空调。

某微模块数据中心项目，采用双路240V高压直流技术，微模块单体供配电系统图如图1所示。

从低压配电室引入2路外市电(市电A路､市电B路)到微模块机房，分别引入每一套微模块单体内的2套配电柜。在2套配电柜内部分别设置ATS，在配电柜内部实现2路外市电的切换，ATS切换装置输出设置为其中1路市电供电，当该路市电停电后，自动切换到另1路市电。这样，每1套配电柜可为微模块提供1路独立的供配电系统，2个配电柜可为微模块提供2路完全独立､互为备份的供配电系统(甲路供电系统､乙路供电系统)。

在甲路､乙路供电系统中，2路市电进入直流整流柜内后，经高压直流模块整理成240V直流输出，为IT机柜及直流设备供电。如果在微模块内，还存在部分IT设备(如交换机等)，仅支持交流供电方式，可以在配电柜内部配置一定数量的空开，在IT机柜内配置一定数量的交流PDU，供这些交流设备使用。

GB50174-2017《数据中心设计规范》中，当“柴油发电机作为后备电源时”，A级数据中心“不间断电源系统电池最少备用时间”为15min。微模块单体内部蓄电池容量的配置，在环境温度25℃､放电终止电压为204V时，考虑在IT系统满载情况下，双系统电池放电时间不低于30min。