数据中心电源系统的节能设计

马鑫军+余宁

摘 要 随着气候变暖、能源紧张等问题日益明显，使得数据中心面临着降低能源消耗等巨大挑战，数据中心节能受到了越来越多的关注。绿色理念在数据中心的渗透，为数据中心未来发展指出了全新的发展方向。文章结合当前数据中心电源系统能耗现状，从直流电源等角度探讨数据中心电源系统节能措施，旨在为数据中心进一步发展提供更多参考。

【关键词】数据中心 电源系统 节能

21世纪，互联网时代背景下，数据中心在政府、银行等领域得到了广泛推广和应用，在提高数据集成化处理等方面发挥着积极作用。数据中心运行建立在电源系统基础之上，设备用电负荷高达数千瓦。在环保节能理念下，降低数据中心能耗成为当前其发展亟待解决的问题之一。

1 数据中心电源系统能耗现状

互联网数据中心电源系统，是一个综合性、全面性供配电系统。该系统主要负责解决计算机设备供电、用电问题，且要兼顾其他设备供用电需求。通常来说，该系统是由电源系统、辅助及配套设备构成。

我国某运营商调研数据显示，数据中心能耗呈现增长趋势，尤其是一些IDC业务较好的大城市，数据中心能耗占比非常大，如上海数据中心能耗比例为25%，而北京超过50%。另外，很多规模较大的数据中心机房仍然采用的是传统能耗较高的UPS系统，单机负载量介于10%～30%之间，多数集中在20%，产生了极大的能源消耗。可见数据中心电源系统能耗较大，运营商在尽量更新节能减排产品时，要加大研究力度，将绿色、节能理念渗透至数据中心电源系统建设中，以此来实现节能降耗目标。

2 数据中心电源系统节能设计

数据中心电源系统节能设计是一项系统性、复杂性工程，在实践应用中，可以从如下几个方面入手：

2.1 评价指标

二十世纪初，能量使用概率概念首次提出，即PUE。随着数据中心建设日益深化，PUE概念受到了广泛关注，在数据中心中的应用能够帮助我们掌握当前能源消耗情况，并进行针对性调整。一般来说，数据中心节能的关键在于IT主设备负载效率、空调系统及供配电系统三个方面。因此在电源系统节能设计过程中要围绕着这三个方面进行。

2.2 数据中心电源系统结构

目前，常用数据中心多采用大规模服务器、小型机，网络运行安全性与电源系统稳定性存在密切联系，对于电源系统安全性提出了更高要求。而计算机中心服务器等设备用电特性等要进行设计，比对不同方案优劣势，选择最佳方案，从而为数据中心电源系统运行奠定坚实的基础，促进计算机中心能够稳定、有序运行。因此结合相关规范来看，本文将电子信息系统划分为三个等级，即A、B、C三级，并将数据中心电源系统划分为交流供电与高压直流供电两种。

2.3 高压直流系统

现代技术快速发展，新技术、新产品层出不穷，HVDC电源供电效率得到显著提升，为数据中心节能设计带来了更多发展机遇。HVDC供电具有无可比拟的优势，其电池能够直接与服务器输入端相连，不需要添加任何逆变设备的处理，实现不间断供电目标。同时，在扩容方面，较传统模式更具便利性，后续维护简便。该项技术的应用，在很大程度上提高了模块功率密度，且整机效率也得到了显著改善。通过在实践中应用的比较，引入HVDC供电模式能够有效降低PUE指标，促进数据中心供电朝着绿色化、现代化方向转变。当市电直供时，系统仅是线路系统与配电损耗，系统效率有了较大的提升。如2016年，上海、北京及天津等电力公司用电客户系统停电时间都在1小时以内，可考虑均在99.9%以上，同时我国江苏省等其他地区停电时间在2小时以内，系统运行效率为99%。

2.4 优化空调系统

除了对高压直流系统进行改造，还要加强对空调系统综合节能的调整和优化，以此来提高空调运行有效性。在实践中，可以采取如下措施实现节能目标。如针对大型数据中心，可以设置集中式冷冻水型恒温恒湿空调，架空地板精确下送风，充分利用自然风，提高对资源的优化配置和利用率，以此来减少能源过度消耗。同时，还要合理设定机房温湿度、分区精确供冷，以此来实现节能目标。在系统节能改造中，要充分考虑相关影响因素，如针对部分空调，可以去掉加湿功能，以此来消除空调在加湿过程中产生的过多能耗，提高系统使用针对性和科学性。尽可能考虑应用自适应控制系统，根据数据中心机房负荷变化趋势与特点，自动安排空调数量，以此来达到节能目标。随着技术不断发展，要及时更新和改造数据中心上送风口，提高节能有效性。

2.5 模块交流电系统

为了有效突破传统UPS系统存在的负载率低等弊端和问题，在节能改造过程中可以引入模块化概念，将其应用于UPS设计生产领域，对交流电系统整体性能予以优化。通常而言，模块化UPS系统有机架、UPS功率模块等构成，与直接供电系统存在相似之处，能够实现冗余，兼顾多台设备运行需求，且具有较强的灵活性，能够根据实际负载量，坚持针对性原则配置合理的电源容量，使得系统效率及可靠性等均能够得到一定程度的提升，减少对能源的过度消耗。

3 结论

根据上文所述，全球变暖趋势愈演愈烈，绿色节能理念逐渐深入人心，新型、高效绿色电源将成为未来社会各领域发展的主流趋势。数据中心作为智慧城市建设的重要基础和前提，且处于不间断运行状态当中，其能耗非常庞大，如果不加以处理，势必会对城市发展产生过多的负担。因此新时期，将绿色理念渗透至数据中心电源系统中势在必行。在实践中，我们不仅要优化空调系统，且可以采用模块化方式调整交流电系统，不断降低数据中心对能源的消耗，从而推动数据中心持续发展。

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作者单位

华信咨询设计研究院有限公司 浙江省杭州市 310014