全面掌控?cái)?shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)

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(jī)房內(nèi)所有需要?jiǎng)恿﹄娫吹脑O(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的動(dòng)力電源支持的系統(tǒng)；是數(shù)據(jù)中心日常運(yùn)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(gè)人的“心臟和血管"，負(fù)責(zé)把能量輸送到系統(tǒng)的每一臺(tái)設(shè)備。一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致IT設(shè)備斷電宕機(jī)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。故數(shù)據(jù)中心運(yùn)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(yùn)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；

       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(jì)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(cuò)要求，可采用2N系統(tǒng)，也可采用其他避免單點(diǎn)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(gè)供配電單元組成，每個(gè)單元均能滿足全部負(fù)載的用電需要，兩個(gè)單元同時(shí)工作，互為備用。

      正常運(yùn)行時(shí)，每個(gè)單元向負(fù)載提供50 % 的電能，當(dāng)一個(gè)單元故障停止運(yùn)行時(shí)，另一個(gè)單元向負(fù)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(diǎn)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(gè)配置相同的供配電單元組成，N個(gè)單元同時(shí)工作。將負(fù)載均分為N組，每個(gè)供配電單元為本組負(fù)載和相鄰負(fù)載供電，形成“手拉手"供電方式。

       正常運(yùn)行情況下，每個(gè)供配電單元的負(fù)荷率為66%。當(dāng)一個(gè)供配電系統(tǒng)發(fā)生故障，其對應(yīng)負(fù)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(gè)供配電單元組成，其中一個(gè)單元作為其它運(yùn)行單元的備用。當(dāng)一個(gè)運(yùn)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(fù)載供電。

       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(jìn)用戶起經(jīng)過高/低壓供配電設(shè)備到負(fù)載止的整個(gè)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(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)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(jī)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(jí)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(fù)荷設(shè)備輸入端自動(dòng)切換，正常時(shí)同時(shí)供電運(yùn)行。

2.2柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

       主要用作后備電源，一旦市電失電，迅速啟動(dòng)為后級(jí)低壓設(shè)備提供備用電源。

2.3自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)

       主要是自動(dòng)完成市電與市電或市電與柴油發(fā)電機(jī)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(jí)的電能按照要求、標(biāo)準(zhǔn)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(jī)相連接，通過主機(jī)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(fù)載提供純凈、可靠的用電保護(hù)。在數(shù)據(jù)中心，UPS一般采用一用一備容錯(cuò)配置，且任何一路都可以帶起整個(gè)核心負(fù)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(jìn)行分配，將電能按照要求與標(biāo)準(zhǔn)分配給各種類型的IT設(shè)備。

2.7機(jī)架配電系統(tǒng)

       主要作用是機(jī)架內(nèi)的電能分配，通常是采用PDU來實(shí)現(xiàn)機(jī)架內(nèi)服務(wù)器等IT設(shè)備的電能分配。

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(diǎn)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(shí)時(shí)掌握數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行情況，保障數(shù)據(jù)中心安全可靠的運(yùn)行，輔助運(yùn)維團(tuán)隊(duì)提升數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運(yùn)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(dòng)力能耗，空調(diào)能耗，及其他能耗并且計(jì)算出當(dāng)前數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jī)保護(hù)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(tái)針對供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，對35KV及以下供配電實(shí)施一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供現(xiàn)代化手段，可實(shí)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(yùn)行和電站進(jìn)行監(jiān)測，對電站發(fā)電進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當(dāng)前負(fù)載下的剩余時(shí)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(shí)剩余時(shí)間，每節(jié)電池?cái)?shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報(bào)警，及時(shí)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(jìn)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(jìn)行報(bào)警設(shè)置和分級(jí)，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(diǎn)溫度，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置和分級(jí)。

       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(diǎn)擊平面圖上設(shè)備可以進(jìn)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(bào)表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進(jìn)行展示。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(dá)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(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能化控制。

       15）電氣安全

       電氣接點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)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(diǎn)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(tái)是在智慧安全用的基礎(chǔ)上，增加了火報(bào)系統(tǒng)，智慧煙感和智慧消防用水等設(shè)備和系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防、火情報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制等功能。

       17）故障報(bào)警

       報(bào)警事件分為四級(jí)，通過列表顯示各類報(bào)警事件數(shù)量，通過柱狀圖顯示逐日報(bào)警數(shù)量，提供報(bào)警總數(shù)以及增長趨勢。

       18）運(yùn)維管理

       運(yùn)維管理功能，可針對數(shù)據(jù)中心各主要設(shè)備進(jìn)行巡檢派工，消缺，搶修等維護(hù)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?fù)鋱D，按照能源的流向、電壓等級(jí)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(jī)房給IT設(shè)備進(jìn)行供電。

整個(gè)供配電場景中可以用到安科瑞的相關(guān)產(chǎn)品如下：

 

 

       數(shù)據(jù)中心建設(shè)正朝著規(guī)模化、科學(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(yùn)行。

[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(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版.

任運(yùn)業(yè)，男， 現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。