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全面掌控數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)
更新時間：2024-04-18點擊次數(shù)：1430次
全面掌控數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)
任運業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘 要：數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是為機房內(nèi)所有需要動力電源的設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的動力電源支持的系統(tǒng)；是數(shù)據(jù)中心日常運維的重大支出之一，在數(shù)據(jù)中心，供配電系統(tǒng)相當(dāng)于一個人的“心臟和血管"，負責(zé)把能量輸送到系統(tǒng)的每一臺設(shè)備。一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致IT設(shè)備斷電宕機，產(chǎn)生經(jīng)濟損失和社會影響。故數(shù)據(jù)中心運維人員和管理者對數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)是否正常運行尤為關(guān)注。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng)；配電監(jiān)控；能效管理；
1數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)
說到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)，就不得不談系統(tǒng)架構(gòu)，關(guān)于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)，GB50174 - 2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》在附錄“電氣"中規(guī)定：Aji數(shù)據(jù)中心應(yīng)滿足容錯要求，可采用2N系統(tǒng)，也可采用其他避免單點故障的系統(tǒng)配置。
Aji數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要有3種架構(gòu)：2N、DR、RR。
1.1 2N系統(tǒng)
由兩個供配電單元組成，每個單元均能滿足全部負載的用電需要，兩個單元同時工作，互為備用。
正常運行時，每個單元向負載提供50 % 的電能，當(dāng)一個單元故障停止運行時，另一個單元向負載提供100 % 的電能。
這種多電源系統(tǒng)冗余的供電方式，克服單電源系統(tǒng)存在的單點故障瓶頸，增加了供電系統(tǒng)可靠性。但是由于設(shè)備配置多、成本高，通常情況下效率比N+X系統(tǒng)低。
1.1 DR系統(tǒng)
DR是Distribution Redundancy的簡稱，意思是分布冗余。
由N（N≥3）個配置相同的供配電單元組成，N個單元同時工作。將負載均分為N組，每個供配電單元為本組負載和相鄰負載供電，形成“手拉手"供電方式。
正常運行情況下，每個供配電單元的負荷率為66%。當(dāng)一個供配電系統(tǒng)發(fā)生故障，其對應(yīng)負載由相鄰供配電單元繼續(xù)供電。
1.3 RR系統(tǒng)
RR是Reserve Redundancy的簡稱，意思是后備冗余。
由多個供配電單元組成，其中一個單元作為其它運行單元的備用。當(dāng)一個運行單元發(fā)生故障，通過電源切換裝置，備用單元繼續(xù)為負載供電。
2數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)組成
這里我們說的“數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)"是從電源線路進用戶起經(jīng)過高/低壓供配電設(shè)備到負載止的整個電路系統(tǒng)，將主要包括市電引入、變電站、高壓配電設(shè)備——高壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)、輸入低壓配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、列頭柜/母線槽配電系統(tǒng)和機架配電系統(tǒng)。
2.1高壓變配電系統(tǒng)
主要是將市電通過該變壓器轉(zhuǎn)換成380V，供后級低壓設(shè)備用電。常規(guī)情況下，數(shù)據(jù)中心主要采用市電配電，一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心引入兩路市電電源，每一路市電電源的供電容量，都需要完quan滿足數(shù)據(jù)中心的全部電力需求，兩路電源負荷設(shè)備輸入端自動切換，正常時同時供電運行。
2.2柴油發(fā)電機系統(tǒng)
主要用作后備電源，一旦市電失電，迅速啟動為后級低壓設(shè)備提供備用電源。
2.3自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)
主要是自動完成市電與市電或市電與柴油發(fā)電機之間的備用切換。
2.4輸入低壓配電系統(tǒng)
主要作用是電能分配，將前級的電能按照要求、標(biāo)準與規(guī)范分配給各種類型的用電設(shè)備，如UPS、空調(diào)、照明設(shè)備等。
2.5不間斷電源系統(tǒng)
不間斷電源UPS，是一種將蓄電池與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電（交流電）的系統(tǒng)設(shè)備。主要作用是電能凈化、電能后備，為IT負載提供純凈、可靠的用電保護。在數(shù)據(jù)中心，UPS一般采用一用一備容錯配置，且任何一路都可以帶起整個核心負載。
2.6列頭柜/小母線系統(tǒng)
主要作用是將UPS輸出電能的進行分配，將電能按照要求與標(biāo)準分配給各種類型的IT設(shè)備。
2.7機架配電系統(tǒng)
主要作用是機架內(nèi)的電能分配，通常是采用PDU來實現(xiàn)機架內(nèi)服務(wù)器等IT設(shè)備的電能分配。
3安科瑞為數(shù)據(jù)中心供配電提供整體解決方案
3.1方案組成
安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心發(fā)展形式，推出數(shù)據(jù)中心AcrelEMS-IDC綜合能效解決方案，集成了變配電監(jiān)測、電源備自投、電氣接點測溫、智能照明控制、電能質(zhì)量監(jiān)測及治理、蓄電池在線監(jiān)測、列頭柜監(jiān)控、智能母線監(jiān)控以及消防監(jiān)控等多種子系統(tǒng)功能，能夠幫助用戶實時掌握數(shù)據(jù)中心的運行情況，保障數(shù)據(jù)中心安全可靠的運行，輔助運維團隊提升數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低。
3.2功能介紹
1）系統(tǒng)主頁
展示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心總能耗，動力能耗，空調(diào)能耗，及其他能耗并且計算出當(dāng)前數(shù)據(jù)中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。
2）變電站綜自
對數(shù)據(jù)中心變電站實時監(jiān)控，并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當(dāng)前遙測、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài)。
在變配電過程中的各場景，安科瑞可以提供各類硬件產(chǎn)品。如AM系列微機保護裝置、APView電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、APF&SVG電能質(zhì)量治理裝置、ANDPF精密配電列頭柜、ARCM電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、ASL系列智能照明控制等產(chǎn)品。
3）電力監(jiān)控
電力監(jiān)控云平臺針對供配電系統(tǒng)的特點，對35KV及以下供配電實施一體化的實時監(jiān)控，對電網(wǎng)的安全運行提供現(xiàn)代化手段，可實現(xiàn)無人值守。
4）電能質(zhì)量監(jiān)測
電能質(zhì)量在線監(jiān)測，可以監(jiān)測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄、ITIC容忍曲線等。
5）分布式光伏
對逆變器運行和電站進行監(jiān)測，對電站發(fā)電進行統(tǒng)計和分析。
6）UPS監(jiān)測
系統(tǒng)采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)頻率，同時監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當(dāng)前負載下的剩余時間等數(shù)據(jù)。
7）蓄電池監(jiān)測
展示單體電池電壓、內(nèi)阻和溫度，預(yù)測電池帶載時剩余時間，每節(jié)電池數(shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報警，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池異常。
8）列頭柜監(jiān)測
系統(tǒng)可以展示精密配電柜內(nèi)進線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關(guān)狀態(tài)，并可以對數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置和分級，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測量模塊。
9）母線槽監(jiān)測
系統(tǒng)可以展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數(shù)，包括電流電壓、開關(guān)狀態(tài)、插接點溫度，并對數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置和分級。
10）能源分布
通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布，設(shè)備分布情況，并顯示設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，點擊平面圖上設(shè)備可以進入具體設(shè)備監(jiān)控界面。
11）能耗分析
顯示電能消耗日/月/年報表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進行展示。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢。
12）環(huán)境監(jiān)測
監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、開關(guān)門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數(shù)。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數(shù)據(jù)查詢。
13）空調(diào)監(jiān)測
系統(tǒng)可監(jiān)測精密空調(diào)的回風(fēng)溫濕度，出回水溫度，并可以設(shè)定精密空調(diào)的溫濕度，達到更好的控制效果。
14） 智能照明
用戶可通過控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能化控制。
15）電氣安全
電氣接點溫度實時監(jiān)測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導(dǎo)致的事故。
16）消防監(jiān)控
智慧消防管理云平臺是在智慧安全用的基礎(chǔ)上，增加了火報系統(tǒng)，智慧煙感和智慧消防用水等設(shè)備和系統(tǒng)。實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防、火情報警和聯(lián)動控制等功能。
17）故障報警
報警事件分為四級，通過列表顯示各類報警事件數(shù)量，通過柱狀圖顯示逐日報警數(shù)量，提供報警總數(shù)以及增長趨勢。
18）運維管理
運維管理功能，可針對數(shù)據(jù)中心各主要設(shè)備進行巡檢派工，消缺，搶修等維護工作。
3.3典型硬件
下圖為安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)的系統(tǒng)拓撲圖，按照能源的流向、電壓等級的變化，數(shù)據(jù)中心的供配電從市電引入后，需要經(jīng)過用戶變電站、中高壓配電室、柴發(fā)室、低壓配電室、電池室等場景、最后能源流向數(shù)據(jù)機房給IT設(shè)備進行供電。
整個供配電場景中可以用到安科瑞的相關(guān)產(chǎn)品如下：
5結(jié)語
數(shù)據(jù)中心建設(shè)正朝著規(guī)?；⒖茖W(xué)化、集中化、綠色化方向發(fā)展，在此背景下安科瑞希望能夠如何通過AcrelEMS-IDC綜合能效管理系統(tǒng)幫助數(shù)據(jù)中心建設(shè)者管理者保障數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定、安全、持續(xù)運行。
【參考文獻】
[1]李慶杰，許志紅．封閉式母線槽溫濕度智能檢測系統(tǒng)[J]低壓電器，2012,12.
[2] 方黎明.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新一代智能母線系統(tǒng)[J].電氣智能化,2019(05):89-91.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.
作者簡介：
任運業(yè)，男， 現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。
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