数据中心配电架构的研究

杜 丽

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

在信息技术高速发展的基础上，数据中心配电架构面临严重威胁的同时，也拥有着重要的发展机遇。在用电方面，数据中心需要满足用户的不同需求。借助互联网技术改善配电架构现状，以创建数据中心为目标，在同一个空间内实现信息集中处理、传输、交换、存储以及管理等，为用户提供高质量服务。在信息爆炸时代，数据呈指数级上升趋势，具有复杂性特点。为了满足用户的用电需求，需要以处理大量数据信息为基础，深入研究数据中心配电架构。

1 数据中心配电架构概述

数据中心配电系统主要包括中压配电系统、低压配电系统、不间断电源配电系统、柴油机发电机组系统等。中压配电系统由若干个UniGear ZS1组成，一个UniGear柜包括REF_54_控制屏、六氟化硫气体断路器和接地操作柜等部分，具体结构如图1所示。

图1 UNIGEAR ZS1结构

在UniGear ZS1结构中，柜体发生爆炸时，气体可以从结构上方排出，相关工作人员在侧面工作，处于安全状态。

低压配电系统主要由配电变电所、高压配电线路以及控制保护设备组成，分为IT系统、TT系统等，相关工作人员需严格监测其漏电问题[1]。

2 数据中心配电架构研究

2.1 不间断电源系统

数据中心配电不间断电源系统主要由市电引入、发电机组、变压器等部分组成，能够储存能量。当发生停电事件时，可以利用不间断电源维持充足电量状态。采用不间断电源可解决大型计算机网络系统供电电网环境日益恶劣的问题，防止相关工作人员在工作过程中遇到断电问题，避免数据丢失。针对市电引入环节，相关工作人员应使用高压配电方式，利用高压开关柜将市电向其他用电用户引流，起到接收和分配电能的作用[2,3]。针对使用变压器环节，相关工作人员利用电磁感应原理达到转换电压的目的。数据中心一般使用干式变压器，用以接收电能。针对输出配电柜，相关工作人员需要使用蓄电池实现不间断供电目标。不间断电源工作原理是在正常供电基础上通过交流电压和直流电压转换的方式不断给蓄电池充电，当无法正常供电时，利用蓄电池提供电能，保证数据中心的正常供电，提高配电架构的利用率。

2.2 高压直流系统

高压直流系统是一种先进的数据中心配电架构，主要由交流配电屏柜、直流配电屏柜、配电监控单元以及机柜等部分组成。与不间断电源系统相比，高压直流系统采用高频技术，效率更高且结构简单。此外，高压直流系统还采用了模块化设计原理，供电方式比较灵活。

相关工作人员在采用高压直流系统的基础上，可以将其放置在列头柜位置，节省机房空间。当其出现故障时，影响范围相对较小。高压直流系统具有高效率的特点，相关工作人员可以根据高压直流系统实际负载情况配置适当数量的整流模块，以此提高负载率和系统效率。除此之外，高压直流系统具有可靠性特点，其整体结构比较简单。在整体系统出现故障问题时，蓄电池依旧可以保持供电状态，故障频次比较少。高压直流系统结构如图2所示。

图2 高压直流系统结构

高压直流系统安全性较高，在相关工作人员工作过程中可以保证其人身安全。以高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）整流模块为基础，利用HVDC模块休眠特点，当数据中心出现波动等问题时，高压直流系统可以提供一个缓冲时间和吸收作用力，以此保证高压直流系统供电稳定性和高效性[4,5]。

2.3 巴拿马电源系统

巴拿马电源系统主要由变压器、低压配电柜、进线柜、压变柜、整流屏以及直配屏等部分组成，输入电压为交流10 kV，输出为直流240 V，同时配备蓄电池组为设备提供电能。巴拿马电源系统的核心设备是移相变压器+整流器，需要经过降压和整流过程。巴拿马电源系统构造如图3所示。

图3 巴拿马电源系统构造

在巴拿马电源不断发展的过程中，逐渐趋向于分散供电模式，能够提高供电效率，适用于互联网企业[6]。

3 数据中心配电架构发展趋势

信息时代背景下，信息化技术发展速度较快，传统数据中心配电系统存在系统复杂等问题，相关专业人员致力于解决这些问题，以推动数据中心配电架构发展。数据中心配电架构向模块化配电、应用锂电池、绿色发展和边缘数据中心等方向发展，具体分析如下[7]。

3.1 模块化配电

模块化配电是一种高效配电方式。数据中心是一项重要投资内容，为了加快部署速度、减少占用空间、提高灵活性，可以利用模块化配电实现。模块化配电方式可以有效节省占地面积，提高机房利用率。将传统配电环节中的中压配电、变压器以及低压配电等融合在一起，简化配电环节，相关工作人员可以将相关仪器放置在任何地方，不需要为其设置专门机房，有效节约资源。除此之外，模块化配电可以实现快速部署目标，缩短施工周期。相关工作人员可以通过模块化配电方式提前制定解决方案，从而提高工作效率和工作质量[8]。

3.2 应用锂电池

应用锂电池是数据中心配电架构发展趋势。电池是数据中心配电架构的重要组成部分，对数据中心配电架构工作效率有着直接的关系。传统数据中心配电架构中主要应用蓄电池，以400 kVA不间断电源为例，若所需供电时间为30 min，相关工作人员需要设置4～6组铅酸电池，占地面积约为6 m2，占地面积较大，并且要专门为其分配一个完整的工作室，不利于节约资源。同时，相关工作人员需要调整室内温度，以保证蓄电池可以顺利工作。在长期工作后，蓄电池容易出现浮充状态，随着充电和放电频率不断增加，其效率逐渐下降。针对蓄电池使用中存在的问题，相关工作人员可以用锂电池替换铅酸蓄电池，以此节省空间资源，有效降低数据中心成本支出，实现高质量工作目标[9]。

3.3 绿色发展

在社会不断发展过程中，绿色发展成为各个行业发展的中心理念。针对数据中心配电架构发展问题，相关工作人员应控制众多分布式能源，充分发挥不同地区能源的作用，满足用户需求。数据中心是交流电和直流电负荷并存的高能耗负荷中心，其工作过程中容易出现众多不利于环境健康发展的因素，相关工作人员应将绿色能源接入数据中心，将其低压配电侧设置为直流配电母线和交流配电母线，分别向数据中心直流设备和交流设备提供电能。通过这种方式降低数据中心危害性，提高供电效率，将数据中心配电系统发展理念与绿色健康发展理念相统一，推动社会不断发展。

3.4 边缘数据中心

在信息化社会，数据中心由集中式架构转变为分布式架构，大多数机房无法放置油机，出现异常断电问题时，相关工作人员无法保证机房处于正常状态，不能满足数据中心需求。为应对数据中心配电架构所面临的挑战，相关工作人员需要匹配业务融合需求，构建一体化供配电架构模式，同时建设边缘数据中心，利用高度集成模块方式解决数据中心发展问题[10]。

4 结 论

在信息技术高速发展基础上，数据中心配电系统发展面临重大挑战。除了不间断电源系统、高压直流系统以及巴拿马电源系统外，数据中心配电系统还拥有其他模式，相关工作人员需要将绿色健康发展理念融入到数据中心配电系统优化完善工作中，从而推动数据中心配电系统实现高速发展。