關于云計算數據中心電氣設計的思考

文/王淑波，烽火云科技有限公司

在云計算數據中心電氣設計的過程中，要明確電氣設計的具體方法和電氣設計的要求，同時，在設計的每一個環節，明確設計的質量控制方法和手段，才能夠提高設計的質量。

1 數據中心配電需求

云計算是基于互聯網的服務的增加、使用和交付模式，可通過互聯網提供動態易擴展的虛擬化資源。它將虛擬化技術、分布式計算、Web服務、網格計算等技術融于一身，使任何用戶在任何時間和任何地點均能通過網絡共享平臺處理大規模的計算問題，做到服務的自助化、服務可計量化、資源配置的動態化及資源的透明化和池化。

云計算用戶可大規模減少硬件購置及其升級維護的開支，同時可按需享受到高效、便捷的IT服務。隨著經濟發展與科學技術的相互融合，云計算已成為當前經濟發展中不可或缺的技術手段，其優勢已在多領域范圍內嶄露頭角。

全球化的經濟模式與商務模式要求數據中心應提供365天24小時的不間斷服務。數據中心基礎供電業務是保證數據中心24小時不間斷應用的基本保障，由此，數據中心供配電被列為是機房最重要的子系統之一。

數據中心建設階段，配電設計應解決好實際負荷與規劃負荷之間的容量差，做出設計規劃，保證投資產出比。數據中心的規劃應具有一定的超前性，其供電方案不僅需要滿足當前業務應用需求，還應滿足數據中心機房設計壽命內的供配電要求。故數據中心機房配電應結合遠近期的用電需求，保證機房供配電設計的科學性、經濟性與合理性。在選擇配電設備時，應提高配電設備的轉換比，減少供電設備的能源浪費。

網絡交換設備、安全設備、應用服務器等都屬于精密電子設備，精密電子設備對電源質量的要求遠遠超過普通用電設備的要求。精密電子設備對電源頻率、諧波、電壓穩定性的要求應在供配電設計中充分考慮而且必須保證。

2 云計算數據中心的電源設計

2.1 云計算數據中心10KV配電系統的設計

10kV主接線采用分段單母線，正常運行時，兩路10kV電源分別向兩條母線供電，母聯斷路器斷開運行。當一路10kV電源停電時，母聯斷路器自動或手動投入運行，由第二路電源向兩條母線供電，每路電源均可帶起全部負荷。兩條10kV母線以放射式電纜線路向各臺變壓器供電。

2.2 云計算數據中心電源的質量

云計算數據中心的用電負荷等級以及供電要求應當按《供配電系統設計規范》的相關規定執行。一般來講，其供配電系統的電壓等級為220V/380V，而頻率則應當為工頻50Hz或者是中頻400~1000 Hz的TN-S或者是TN-C-S電力系統。而云計算數據中心供電電源設計時，應當嚴格按照《電子計算機機房設計規范》中的相關規定，根據電子計算機的性能、運行方式、具體用途等，劃分為A、B、C三個等級。

2.3 云計算數據中心的電源設計要求

2.3.1 可靠性要求：數據中心電源的可靠性關系著整個系統的安全運行，所以說其對計算機的應用與發展有直接性的影響。但在具體設計和安置時，電源的可靠性與數據中心的環境、接地處理以及供配電的合理性等聯系緊密，比如說如果供配電系統、接地系統處理不當，將會引發直流電源振蕩從而影響計算機以及計算機系統的正常運行。因此在電源可靠性設計時應當考慮以下幾點：

①電源應為獨立電源，并且對所引入的電源做防雷處理。②由于數據中心的計算機和相關設備往往做統一的開關，這樣容易給供電系統帶來較大的沖擊電流，從而有可能燒融主回路中的開關接觸點、使接觸端過熱松動或者是開機瞬間整個供電系統的電壓大幅度下降、電磁效應增大等等，針對這一問題可以采用時序開關分組控制各設備機組的供電。③對三相五線制電源接入的數據中心供電系統，電源插座的接地端應當統一接入五線制所在的保護接地線上，不應當接在零線或獨立接地線上，以確保用電安全。

2.3.2 防雷設計要求：為了防止雷電通過供電系統破壞數據中心的設備，應當對數據中心引入的電源進行三級防雷處理。①對于數據中心電源的配置進行綜合考慮，數據中心不宜設置在樓宇靠外墻側，并且設置屏蔽層防止雷電襲擾。②設置單獨的屏蔽機房。③數據中心內的設備、管線等接地安裝應當按照相關的規范進行，保證做好等電位連接。

3 數據中心供配電系統設計

數據中心的供配電系統在設計的時候，首先應考慮到系統可能會延伸、升級，因此在具體設計和建設過程中應當留出能供未來使用的容量。

為了確保數據中心供電的穩定性、牢靠性，最有效的措施便是在配電裝置的前部增加交流連續的電源UPS，尤其是面對供電穩定性要求高、計算機系統運行控制精準要求高的數據中心，這項方案是極有必要的。但云計算數據中心的交流不間斷電源系統UPS設計時，應當遵循以下幾點要求：首先，UPS電源應當在備用電源自動投入或者是柴油發電機組應急發電的間隙，可以幾乎無間斷地對原有負荷繼續進行供電；其次，當UPS電源負載過載或產生故障時無法正常供電時，能夠自動轉換為靜態旁路開關供電，而當負載正常時又可以轉換為正常供電。

4 接地系統以及等電位處理

在數據中心電氣設計過程中，接地系統的重要性不言而喻，其不僅關系計算機運行的穩定性，同時還關系到數據中心電氣設備和供電系統的安全性。一般而言，云計算數據中心的接地方式可以分為兩大類，其一是系統接地，其二是屏蔽接地。而數據中心的系統接地又可以細分為交流工作接地、防雷保護接地、交流保護接地以及防靜電接地、計算機系統直接接地這幾種。

5 結束語

綜上所述，針對云計算數據中心電氣設計設計工作，我們有必要進一步明確其設計的思路和設計的要求，采取更加可靠的設計理念，本文總結了設計的方法和要點，可供未來設計參考。