預制式供配電模組技術的分析與展望

楊海健

摘 ?要：隨著科學技術的飛速發展，供配電系統也在不斷創新和發展。本文簡要分析了預制式供配電模組技術，并對該項技術的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：預制式;供配電;模組

一、預制式供配電模組及其分類

基于全球領先互聯網企業的創新實踐來看，“預制化”正成為數據中心供配電發展的主要趨勢之一。預制式供配電模組是將傳統供配電系統中分隔的中壓配電系統、變壓器、低壓配電、UPS和智能電力監控管理系統按照整體解決方案設計，以模組化、預制化和智能化為設計方向，整體融合成一體化供配電系統解決方案。系統內采用工廠預制的銅排連接，標準化的一次二次接口，實現工程產品化，設備與現場解耦，內置電力監控管理系統，對系統中的中低壓配電系統、UPS、變壓器等設備進行統一集中式監控管理，從而實現數據中心快速部署以及智能化監控管理。整套系統大大簡化供電鏈路，具備統一管理、高可靠性、節省空間、經濟美觀等特點，為用戶提供立項和完善的電源解決方案，為數據中心提供安全可靠連續的電源保障。

預制化供配電系統可以從功率、類型、電源等幾個維度進行分類。從功率角度來看，預制化供配電系統的容量范圍在100 ～2500 kVA，而容量之所以控制在2500 kVA以內，主要是受限于民用變壓器本身容量的限制。從類型來看，預制化供配電系統包括中低壓一體化、低壓一體化兩種模式，目前在行業數據中心建設中，更多的是采用低壓一體化的預制式解決方案。從電源類型方面來看，預制化供配電系統主要采用UPS系統及240V高壓直流系統，其中在行業數據中心， 400 ～800 kVA顆粒度的UPS是最主要的應用。

二、預制式供配電模組的特點

1.預制化實現系統的快速部署

預制化供配電系統的最大特點之一，就是部署速度快。預制化供配電系統和預制化數據中心理念相同，是一種全新的不同于傳統供配電建設的方式，設備在場外進行預制和模塊裝運，并且在現場進行組裝。預制化供配電系統進行定制，以適宜于特定項目的地理位置、氣候、技術規范、IT應用及商業目標，同時利用模組化設計實現高效性和經濟性。對于數據中心用戶來講，預制化供配電建設模式是一種全新的理念和方案，因此在設計及應用原則上，也需要從廠商等多角度進行考慮。重點考察廠商的核心工程能力、項目管理與維護服務能力，同時預制化供配電系統的成本也必須優于傳統供配電系統建設綜合成本。

2.模組化的高效耦合決定可用性

“模組化”也是預制化供配電系統發展的另一個主要趨勢。預制化供配電系統可以實現與工程現場的完全解耦，但是預制化供配電系統是由多個獨立功能的電氣模組耦合而成的系統，而模組之間耦合的有機性、合理性就顯得至關重要。所以，電氣模組的耦合也必須符合一定的原則，才能保證預制化供配電系統的快速部署。傳統數據中心的建設周期需要1～2年的時間，其中有相當長的一部分時間是用在機電安裝等方面。而預制化的供配電系統，可以在工廠進行系統的預制化生產，能夠節省大約60%左右的機電部署時間，這在很大程度上能夠大大提升數據中心整體的部署速度?？梢哉f，部署速度快是預制化供配電建設模式贏得大型互聯網企業青睞的重要原因之一，充分滿足了其快速擴展的數據中心需求和業務需求。同時，預制化供配電系統的領先之處還體現在高靈活性及性能提升上。預制化供配電系統是針對特定場景而采用的定制化設計，基本不存在固有的缺陷，并且在性能上能夠滿足整個系統的可用性需求。比如，相對于傳統供配電建設方式，預制化供配電系統實現了適度的高密度、高集成，其系統損耗也相應降低，而效率則有有效提升。預制化供配電系統模組往往包含中壓系統、低壓配電系統、隔離變壓器系統、諧波抑制系統、UPS輸入和輸出配電系統、UPS系統或高壓直流系統，乃至末端的精密配電系統，以及自動一體化監控與管理系統、防雷系統等。這些系統作為獨立單元在進行耦合的時候，模組之間的高效、耦合的合理性就決定了整個預制化供配電系統的可用性。多個獨立系統進行有機耦合的最終目的，是實現整個供配電系統的快速、標準和正確的交付，而供配電模組化設計一般遵循兩個最基礎的原則，即一致原則和簡約原則。一致原則，涉及連接和造型兩個維度。其中，連接的一致性包括一次側連接和二次側連接，一次側更多是電力主回路的連接，二次側主要是二次回路監控管理的連接。相比于傳統的連接方式，一次側采用銅排連接，不僅不會受制于現場工況的限制，而且可以做到無外部橋架，更能提高部署速度，同時銅排連接散熱效果更好，可靠性也由此得到更大提升。二次側連接采用標準化、透明化的接口界面，能夠將各個獨立的電氣單元模組快速接入，保證連接的快速性。此外，造型的一致性，能夠實現整體系統的合理布局，減少外部拼接，簡潔美觀，體現工業之美。簡約原則，重點在于簡約優化，可用為先。預制化供配電系統在將全套設備融為一體的過程中，更多的需要采用簡約、優化的原則。重要的是，采用簡約設計原則的前提是以不犧牲可靠性為前提，在此基礎上，實現整體供配電系統的簡約化設計，保證系統的可用性。

3.智能化讓系統運行更安全高效

數據中心供配電系統發展的另一個趨勢是“智能化”。供配電系統有效地保障了數據中心的可靠運行，而智能化的作用就是保障供配電系統的安全。概括來說，智能化就是數據中心供配電系統的靈魂，保障整體供配電系統的運營安全和高效可用。供配電系統的智能化，是電力系統和監控管理的一個專業領域，需要專注于供配電系統自身的智能化運營管理。數據中心供配電的專業管理體現在多個方面，包括設備的運行狀態、系統的仿真測試、整體運行的動態分析和問題處理，以及對供配電系統發展趨勢和運營趨勢的預測，這些都需要專業的理解和實踐，才能對數據中心供配電系統擁有深層次的智能化解讀。

綜合而言，預制化、模組化、智能化已經成為數據中心供配電系統的主要發展趨勢。針對這種全新的應用趨勢，預制式供配電模組，不僅在數據中心領域得到廣泛應用，而且在電力、工業、半導體、交通等行業領域也獲得成功實踐，產品在快速部署、安全高效、智能化管理方面的核心價值也得到了充分體現。

參考文獻

[1]吳華勇，王安林，顧華. 預制式HVDC供配電系統的研究. 通信電源技術，2020，37（07）

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