微模塊數據中心的供配電設計探討

辛樹俊

摘要：現階段，隨著我國經濟的快速發展，而移動互聯網、云計算、大數據業務呈現爆發式增長，數據中心建設規模越來越大，漫長的建設周期、巨大的能源消耗、復雜的運營維護、持續的擴容更新等問題一直困擾著數據中心的建設者和運營者。為應對這些問題，數據中心的建設形式也在不斷的發展、迭代、進化。近幾年來，以騰訊、百度、阿里為代表的互聯網企業，紛紛采用微模塊形式建設數據中心，使得微模塊數據中心成為目前互聯網行業內最主流的數據中心建設形式之一。本文擬探討微模塊數據中心對供配電系統的要求和供配電系統的設計。

關鍵詞：微模塊數據;供配電設計

引言

隨著移動互聯網、大數據分析、云計算、視頻直播等互聯網新業務的出現，帶動了互聯網數據的傳輸、計算和存儲需求的較快增長。同時，由于網絡帶寬的不斷增加及4G通信技術的應用，人們隨時隨地進行互聯網活動，對互聯網內容的需求越來越多，互聯網市場空間越來越廣闊。IDC產業的蓬勃發展，而基于傳統電信產業建設模式的數據中心確存在選址困難、建設周期長、總成本高、運維管理經驗不足等問題，導致建設速度難以匹配業務發展的步伐。

1微模塊數據中心系統組成

1.1供電模塊

在微模塊數據中心中需要多臺服務器與散熱設施，這些設備的驅動往往是采用電能驅動的方式，這就要求微模塊數據中心需要具備供電模塊部分。供電模塊其中包括了不停電供電系統、機架配電、電池系統以及配電保護裝置等部分，其中部分模塊可以根據用戶不同的需求進行變更，以便更加靈活的進行微模塊數據中心的建設與運維。

1.2制冷模塊

微模塊數據中心在其運行之中會揮發出大量的熱量，這些熱量的主要來源是服務器之中的電子元件，但是當期發生過熱情況時，將會發生電子元件性能下降甚至自動斷電的情況，因此制冷模塊就成為了必須。在微模塊數據中心之中制冷模塊往往是由空調作為主要部分組成，其輔助的子系統還包括了管道系統以及冷氣配送設備等，在微模塊數據中心的運行之中，為了保證制冷的高效運行，必須要采用水平送風空調，從而保證冷氣與服務器直接接觸，提高制冷的效率，降低制冷所需要的能耗。

1.3機架模塊

機架模塊是微模塊數據中心組成的最基本部分，是所有組成模塊的支撐結構。在這種包括了物理結構、承重以及散熱導向系統等等，對于機架模塊其可以根據不同的微模塊數據中心具體需要進行修改，更好滿足不同用戶的要求。

2微模塊數據中心的供配電系統設計

微模塊數據中心的外市電、變配電、備用電源等系統，與傳統數據中心的設計基本一致，本文不做贅述，本文重點探討微模塊單體的供配電系統設計。微模塊單體的供配電系統，對于IT設備和服務器而言，可以采用-48V直流、240V/336V高壓直流、UPS供電、市電等技術，需要明確目標客戶未來的業務需求、主要IT設備的供電模式、保障等級，以及對可靠性/可用性、能源利用效率/PUE的要求等，來優化配置供配電方式。

2.1明確微模塊供電模式

目前數據中心的供電模式，主要有市電直供、模塊化UPS供電、高壓直流供電等。微模塊內的每個IT機柜均需2路電源供電，微模塊整體的供電系統2路電源可搭配選擇，可比較業務需求、保障等級、可靠性、可用性、節能等指標并優化配置。采用高壓直流供電系統可以提高系統可靠性、可用性和供電系統效率、降低設備成本、改善系統配置、降低系統能源消耗。但高壓直流供電技術尚未大規模商用，其產業發展仍有待產業鏈上下端多方協作來完善，使其與后端服務器和IT設備接口相匹配，并推出相應的配電技術標準。主流的供電技術仍以交流模塊化UPS為主。模塊化UPS采用并聯冗余設計，每個模塊均具備完整的UPS功能，在可靠性、可維護性以及智能化方面具有優良的性能。微模塊整體供電系統2N電源，可搭配為雙路市電直供、市電直供+模塊化UPS、雙路模塊化UPS、模塊化UPS+高壓直流、雙路高壓直流等。

2.2供配電系統設計

市電、模塊化UPS等進行搭配的供配電系統設計，已經非常成熟，本文不做贅述。僅以為IT設備提供雙路240V高壓直流配電、為列間空調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負載，在任一路供電異常掉電，或者出現閃斷的情況下，應確保各個系統供電不間斷。通常每套微模塊單體內包含2套配電柜、2套240V整流柜、2套電池柜、若干個IT機柜、若干個弱電柜、若干臺列間空調。某微模塊數據中心項目，采用雙路240V高壓直流技術，微模塊單體供配電系統圖如圖1所示。從低壓配電室引入2路外市電（市電A路、市電B路）到微模塊機房，分別引入每一套微模塊單體內的2套配電柜。在2套配電柜內部分別設置ATS，在配電柜內部實現2路外市電的切換，ATS切換裝置輸出設置為其中1路市電供電，當該路市電停電后，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，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（甲路供電系統、乙路供電系統）。在甲路、乙路供電系統中，2路市電進入直流整流柜內后，經高壓直流模塊整理成240V直流輸出，為IT機柜及直流設備供電。如果在微模塊內，還存在部分IT設備（如交換機等），僅支持交流供電方式，可以在配電柜內部配置一定數量的空開，在IT機柜內配置一定數量的交流PDU，供這些交流設備使用。GB50174-2017《數據中心設計規范》中，當“柴油發電機作為后備電源時”，A級數據中心“不間斷電源系統電池最少備用時間”為15min。微模塊單體內部蓄電池容量的配置，在環境溫度25℃、放電終止電壓為204V時，考慮在IT系統滿載情況下，雙系統電池放電時間不低于30min。

2.3機架模塊

機架模塊是微模塊數據中心組成的最基本部分，是所有組成模塊的支撐結構。在這種包括了物理結構、承重以及散熱導向系統等等，對于機架模塊其可以根據不同的微模塊數據中心具體需要進行修改，更好滿足不同用戶的要求。

結語

微模塊數據中心是當前熱門的建設方式，本文對微模塊數據中心的供配電系統需求和設計進行探討，希望能為更快更好地建設微模塊數據中心、支撐IDC業務快速發展提供參考。

參考文獻

[1]袁丁.淺談微模塊數據中心的建設與發展[J].電子測試，2018，No.393（12）：71-72.

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