微模塊數(shù)據(jù)中心的供配電設(shè)計探討

丁 聰

(上海郵電設(shè)計咨詢研究院有限公司，上海 200092)

0 引言

近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模越來越大，漫長的建設(shè)周期、巨大的能源消耗、復(fù)雜的運營維護(hù)、持續(xù)的擴(kuò)容更新等問題一直困擾著數(shù)據(jù)中心的建設(shè)者和運營者。為應(yīng)對這些問題，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)形式也在不斷的發(fā)展、迭代、進(jìn)化。近幾年來，以騰訊、百度、阿里為代表的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，紛紛采用微模塊形式建設(shè)數(shù)據(jù)中心，使得微模塊數(shù)據(jù)中心成為目前互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)最主流的數(shù)據(jù)中心建設(shè)形式之一。

微模塊數(shù)據(jù)中心相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心而言，將原本相對獨立布置的機(jī)架和配套設(shè)備集成為一體，在工廠內(nèi)預(yù)制化生產(chǎn)，運送到機(jī)房現(xiàn)場拼裝調(diào)測，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的快速、靈活部署，可以較大縮短數(shù)據(jù)中心的建設(shè)及交付周期。

本文擬探討微模塊數(shù)據(jù)中心對供配電系統(tǒng)的要求和供配電系統(tǒng)的設(shè)計。

1 微模塊數(shù)據(jù)中心對供配電系統(tǒng)的要求

微模塊數(shù)據(jù)中心應(yīng)根據(jù)微模塊的容量、等級要求，引入“市電+油機(jī)”的供電電源。

1.1 對市電引入和變配電系統(tǒng)的要求

微模塊應(yīng)根據(jù)機(jī)房整體規(guī)劃確定總用電需求，根據(jù)機(jī)房設(shè)備的重要程度確定市電、變配電系統(tǒng)對其冗余保障程度；最終確定市電、變配電系統(tǒng)的終期規(guī)模。

當(dāng)原有市電不足需進(jìn)行增容時，宜按終期規(guī)模進(jìn)行容量申請及引入，至少引入兩路市電(滿足雙重電源要求)，有條件時可引入多路市電(N+1或N+N)。

1.2 對后備發(fā)電機(jī)組的要求

在傳統(tǒng)局房內(nèi)建設(shè)微模塊機(jī)房時，應(yīng)根據(jù)局房整體規(guī)劃、機(jī)房內(nèi)安裝設(shè)備的重要程度確定后備發(fā)電機(jī)組容量需求。

在傳統(tǒng)局房內(nèi)建設(shè)微模塊機(jī)房，若原有后備發(fā)電機(jī)組容量不足需進(jìn)行增容時，應(yīng)按終期規(guī)模進(jìn)行配置與建設(shè)。

1.3 對通信電源系統(tǒng)的要求

微模塊可配置的通信電源系統(tǒng)包含-48V直流系統(tǒng)、240V/336V直流系統(tǒng)、市電、交流UPS系統(tǒng)。

蓄電池后備時間，按照實際機(jī)房條件進(jìn)行配置，市電油機(jī)具備自啟動自切換功能時，蓄電池宜配置在15～30min。

通信設(shè)備機(jī)架需要雙路電源保障時，應(yīng)優(yōu)先采用一路通信電源+一路市電的供電方式。A類和B類機(jī)房負(fù)荷如有特殊要求，可采用雙路通信電源的供電方式。

A類/B類/C類機(jī)房負(fù)荷、其余負(fù)荷等的電源保障配置，如表1。

不同等級負(fù)荷電源保障配置表 表1

2 微模塊數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)設(shè)計

微模塊數(shù)據(jù)中心的外市電、變配電、備用電源等系統(tǒng)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計基本一致，本文不做贅述，本文重點探討微模塊單體的供配電系統(tǒng)設(shè)計。

微模塊單體的供配電系統(tǒng)，對于IT設(shè)備和服務(wù)器而言，可以采用-48V直流、240V/336V高壓直流、UPS供電、市電等技術(shù)，需要明確目標(biāo)客戶未來的業(yè)務(wù)需求、主要IT設(shè)備的供電模式、保障等級，以及對可靠性/可用性、能源利用效率/PUE的要求等，來優(yōu)化配置供配電方式。

2.1 明確微模塊供電模式

微模塊單體內(nèi)的用電設(shè)備，主要包括IT機(jī)柜(IT設(shè)備、服務(wù)器)、列間空調(diào)、弱電機(jī)柜(交換機(jī)、動環(huán)監(jiān)控設(shè)備)、輔助照明、封閉通道兩側(cè)門和天窗控制系統(tǒng)等。

其中，微模塊單體內(nèi)的每一個IT機(jī)柜、每一臺列間空調(diào)、弱電機(jī)柜等，均需配置兩路電源供電；輔助照明、封閉通道兩側(cè)門和天窗控制系統(tǒng)等，可配置一路或兩路電源供電。

近幾年來，240V直流、336V直流等供電技術(shù)，均已在數(shù)據(jù)中心行業(yè)得到較為成熟的規(guī)模化應(yīng)用。高壓直流供電技術(shù)是一種新型供電技術(shù)，兼具UPS交流供電技術(shù)和-48V直流供電技術(shù)的優(yōu)點，能克服傳統(tǒng)UPS供電方式效率低、可靠性低、可擴(kuò)展性差、成本高等弊端，具有電路簡單、效率高、可靠性高、成本低等優(yōu)點。

微模塊單體供配電系統(tǒng)，以2N電源系統(tǒng)為例，可組合搭配為市電+模塊化UPS、市電+高壓直流、模塊化UPS+高壓直流、雙路市電、雙路模塊化UPS、雙路高壓直流等供電模式。

2.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

市電、模塊化UPS等進(jìn)行搭配的供配電系統(tǒng)設(shè)計，已經(jīng)非常成熟，本文不做贅述。僅以為IT設(shè)備提供雙路240V高壓直流配電、為列間空調(diào)提供雙路市電配電為例來做分析。

微模塊所需外部電力由兩路低壓配電系統(tǒng)同時供電。兩路240V高壓直流電，正常工作時各帶載一半的IT負(fù)載，在任一路供電異常掉電，或者出現(xiàn)閃斷的情況下，應(yīng)確保各個系統(tǒng)供電不間斷。通常每套微模塊單體內(nèi)包含2套配電柜、2套240V整流柜、2套電池柜、若干個IT機(jī)柜、若干個弱電柜、若干臺列間空調(diào)。

某微模塊數(shù)據(jù)中心項目，采用雙路240V高壓直流技術(shù)，微模塊單體供配電系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 某微模塊單體供配電系統(tǒng)圖

從低壓配電室引入2路外市電(市電A路、市電B路)到微模塊機(jī)房，分別引入每一套微模塊單體內(nèi)的2套配電柜。在2套配電柜內(nèi)部分別設(shè)置ATS，在配電柜內(nèi)部實現(xiàn)2路外市電的切換，ATS切換裝置輸出設(shè)置為其中1路市電供電，當(dāng)該路市電停電后，自動切換到另1路市電。這樣，每1套配電柜可為微模塊提供1路獨立的供配電系統(tǒng)，2個配電柜可為微模塊提供2路完全獨立、互為備份的供配電系統(tǒng)(甲路供電系統(tǒng)、乙路供電系統(tǒng))。

在甲路、乙路供電系統(tǒng)中，2路市電進(jìn)入直流整流柜內(nèi)后，經(jīng)高壓直流模塊整理成240V直流輸出，為IT機(jī)柜及直流設(shè)備供電。如果在微模塊內(nèi)，還存在部分IT設(shè)備(如交換機(jī)等)，僅支持交流供電方式，可以在配電柜內(nèi)部配置一定數(shù)量的空開，在IT機(jī)柜內(nèi)配置一定數(shù)量的交流PDU，供這些交流設(shè)備使用。

GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中，當(dāng)“柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源時”，A級數(shù)據(jù)中心“不間斷電源系統(tǒng)電池最少備用時間”為15min。微模塊單體內(nèi)部蓄電池容量的配置，在環(huán)境溫度25℃、放電終止電壓為204V時，考慮在IT系統(tǒng)滿載情況下，雙系統(tǒng)電池放電時間不低于30min。

3 結(jié)束語