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全面掌控數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)
閱讀：775 發(fā)布時間：2022-12-22
摘 要：數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是為機房內(nèi)所有需要動力電源的設(shè)備提供穩(wěn)定,、可靠的動力電源支持的系統(tǒng)；是數(shù)據(jù)中心日常運維的重大支出之一,，在數(shù)據(jù)中心,，供配電系統(tǒng)相當于一個人的“心臟和血管"，負責把能量輸送到系統(tǒng)的每一臺設(shè)備,。一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障,，會導(dǎo)致IT設(shè)備斷電宕機，產(chǎn)生經(jīng)濟損失和社會影響,。故數(shù)據(jù)中心運維人員和管理者對數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)是否正常運行尤為關(guān)注,。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；供配電系統(tǒng),；配電監(jiān)控,；能效管理；
1數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)
說到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng),，就不得不談系統(tǒng)架構(gòu),，關(guān)于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)，GB50174 - 2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》在附錄“電氣"中規(guī)定：數(shù)據(jù)中心應(yīng)滿足容錯要求，可采用2N系統(tǒng),，也可采用其他避免單點故障的系統(tǒng)配置,。
數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要有3種架構(gòu)：2N、DR,、RR,。
1.1 2N系統(tǒng)
由兩個供配電單元組成，每個單元均能滿足全部負載的用電需要,，兩個單元同時工作,，互為備用。
正常運行時,，每個單元向負載提供50 % 的電能,，當一個單元故障停止運行時，另一個單元向負載提供100 % 的電能,。
這種多電源系統(tǒng)冗余的供電方式,，克服單電源系統(tǒng)存在的單點故障瓶頸，增加了供電系統(tǒng)可靠性,。但是由于設(shè)備配置多,、成本高，通常情況下效率比N+X系統(tǒng)低,。
1.1 DR系統(tǒng)
DR是Distribution Redundancy的簡稱,，意思是分布冗余。
由N（N≥3）個配置相同的供配電單元組成,，N個單元同時工作,。將負載均分為N組，每個供配電單元為本組負載和相鄰負載供電,，形成“手拉手"供電方式,。
正常運行情況下，每個供配電單元的負荷率為66%,。當一個供配電系統(tǒng)發(fā)生故障,，其對應(yīng)負載由相鄰供配電單元繼續(xù)供電。
1.3 RR系統(tǒng)
RR是Reserve Redundancy的簡稱,，意思是后備冗余,。
由多個供配電單元組成，其中一個單元作為其它運行單元的備用,。當一個運行單元發(fā)生故障,，通過電源切換裝置，備用單元繼續(xù)為負載供電,。
2數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)組成
這里我們說的“數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)"是從電源線路進用戶起經(jīng)過高/低壓供配電設(shè)備到負載止的整個電路系統(tǒng),，將主要包括市電引入,、變電站、高壓配電設(shè)備——高壓變配電系統(tǒng),、柴油發(fā)電機系統(tǒng),、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)、輸入低壓配電系統(tǒng),、不間斷電源系統(tǒng),、列頭柜/母線槽配電系統(tǒng)和機架配電系統(tǒng)。
2.1高壓變配電系統(tǒng)
主要是將市電通過該變壓器轉(zhuǎn)換成380V,，供后級低壓設(shè)備用電,。常規(guī)情況下，數(shù)據(jù)中心主要采用市電配電,，一般可靠性要求數(shù)據(jù)中心引入兩路市電電源,，每一路市電電源的供電容量，都需要數(shù)據(jù)中心的全部電力需求,，兩路電源負荷設(shè)備輸入端自動切換,，正常時同時供電運行。
2.2柴油發(fā)電機系統(tǒng)
主要用作后備電源,，一旦市電失電,，迅速啟動為后級低壓設(shè)備提供備用電源。
2.3自動轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)
主要是自動完成市電與市電或市電與柴油發(fā)電機之間的備用切換,。
2.4輸入低壓配電系統(tǒng)
主要作用是電能分配,，將前級的電能按照要求,、標準與規(guī)范分配給各種類型的用電設(shè)備,，如UPS、空調(diào),、照明設(shè)備等,。
2.5不間斷電源系統(tǒng)
不間斷電源UPS，是一種將蓄電池與主機相連接,，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電（交流電）的系統(tǒng)設(shè)備,。主要作用是電能凈化、電能后備,，為IT負載提供純凈,、可靠的用電保護。在數(shù)據(jù)中心,，UPS一般采用一用一備容錯配置,，且任何一路都可以帶起整個核心負載。
2.6列頭柜/小母線系統(tǒng)
主要作用是將UPS輸出電能的進行分配,，將電能按照要求與標準分配給各種類型的IT設(shè)備,。
2.7機架配電系統(tǒng)
主要作用是機架內(nèi)的電能分配,，通常是采用PDU來實現(xiàn)機架內(nèi)服務(wù)器等IT設(shè)備的電能分配。
3安科瑞為數(shù)據(jù)中心供配電提供整體解決方案
3.1方案組成
安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心發(fā)展形式,，推出數(shù)據(jù)中心AcrelEMS-IDC綜合能效解決方案,，集成了變配電監(jiān)測、電源備自投,、電氣接點測溫,、智能照明控制、電能質(zhì)量監(jiān)測及治理,、蓄電池在線監(jiān)測,、列頭柜監(jiān)控、智能母線監(jiān)控以及消防監(jiān)控等多種子系統(tǒng)功能,，能夠幫助用戶實時掌握數(shù)據(jù)中心的運行情況,，保障數(shù)據(jù)中心安全可靠的運行，輔助運維團隊提升數(shù)據(jù)中心能效,、資源利用率和可用性,，提高運維效率并降低。
3.2功能介紹
1）系統(tǒng)主頁
展示當前數(shù)據(jù)中心總能耗,，動力能耗,，空調(diào)能耗，及其他能耗并且計算出當前數(shù)據(jù)中心實時PUE值,，通過儀表盤形式直觀展示,。
2）變電站綜自
對數(shù)據(jù)中心變電站實時監(jiān)控，并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當前遙測,、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài),。
在變配電過程中的各場景，安科瑞可以提供各類硬件產(chǎn)品,。如AM系列微機保護裝置,、APView電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、APF&SVG電能質(zhì)量治理裝置,、ANDPF精密配電列頭柜,、ARCM電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、ASL系列智能照明控制等產(chǎn)品,。
3）電力監(jiān)控
電力監(jiān)控云平臺針對供配電系統(tǒng)的特點,，對35KV及以下供配電實施一體化的實時監(jiān)控，對電網(wǎng)的安全運行提供現(xiàn)代化手段,，可實現(xiàn)無人值守,。
4）電能質(zhì)量監(jiān)測
電能質(zhì)量在線監(jiān)測，可以監(jiān)測電流和電壓諧波畸變率,、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄,、ITIC容忍曲線等,。
5）分布式光伏
對逆變器運行和電站進行監(jiān)測，對電站發(fā)電進行統(tǒng)計和分析,。
6）UPS監(jiān)測
系統(tǒng)采集UPS輸入,、輸出端和旁路三相電壓、電流,、有功功率,、功率因數(shù)頻率，同時監(jiān)測UPS溫度,、蓄電池電壓,、當前負載下的剩余時間等數(shù)據(jù)。
7）蓄電池監(jiān)測
展示單體電池電壓,、內(nèi)阻和溫度,，預(yù)測電池帶載時剩余時間，每節(jié)電池數(shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報警,，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池異常,。
8）列頭柜監(jiān)測
系統(tǒng)可以展示精密配電柜內(nèi)進線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關(guān)狀態(tài),，并可以對數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置和分級,，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測量模塊。
9）母線槽監(jiān)測
系統(tǒng)可以展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數(shù),，包括電流電壓,、開關(guān)狀態(tài)、插接點溫度,，并對數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置和分級,。
10）能源分布
通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布，設(shè)備分布情況,，并顯示設(shè)備能耗數(shù)據(jù),，點擊平面圖上設(shè)備可以進入具體設(shè)備監(jiān)控界面。
11）能耗分析
顯示電能消耗日/月/年報表,，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進行展示,。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進行同比,、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢,。
12）環(huán)境監(jiān)測
監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度,、開關(guān)門、水浸,、煙霧,、噪聲,、氣體濃度狀態(tài)等參數(shù)。曲線圖直觀明了,，同時支持歷史數(shù)據(jù)查詢,。
13）空調(diào)監(jiān)測
系統(tǒng)可監(jiān)測精密空調(diào)的回風溫濕度，出回水溫度,，并可以設(shè)定精密空調(diào)的溫濕度,，達到更好的控制效果。
14） 智能照明
用戶可通過控制面板,、人體感應(yīng),、照度感應(yīng)、微波感應(yīng),、上位機系統(tǒng),、觸摸屏、手機,、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能化控制,。
15）電氣安全
電氣接點溫度實時監(jiān)測，斷路器觸頭,、觸臂,、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導(dǎo)致的事故,。
16）消防監(jiān)控
智慧消防管理云平臺是在智慧安全用的基礎(chǔ)上,，增加了火報系統(tǒng)，智慧煙感和智慧消防用水等設(shè)備和系統(tǒng),。實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)防,、火情報警和聯(lián)動控制等功能。
17）故障報警
報警事件分為四級,，通過列表顯示各類報警事件數(shù)量,，通過柱狀圖顯示逐日報警數(shù)量，提供報警總數(shù)以及增長趨勢,。
18）運維管理
運維管理功能,，可針對數(shù)據(jù)中心各主要設(shè)備進行巡檢派工，消缺,，搶修等維護工作,。
3.3典型硬件
下圖為安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)的系統(tǒng)拓撲圖，按照能源的流向,、電壓等級的變化,，數(shù)據(jù)中心的供配電從市電引入后，需要經(jīng)過用戶變電站,、中高壓配電室,、柴發(fā)室,、低壓配電室、電池室等場景,、最后能源流向數(shù)據(jù)機房給IT設(shè)備進行供電,。
整個供配電場景中可以用到安科瑞的相關(guān)產(chǎn)品如下：
5結(jié)語
數(shù)據(jù)中心建設(shè)正朝著規(guī)模化,、科學化,、集中化、綠色化方向發(fā)展,，在此背景下安科瑞希望能夠如何通過AcrelEMS-IDC綜合能效管理系統(tǒng)幫助數(shù)據(jù)中心建設(shè)者管理者保障數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定,、安全、持續(xù)運行,。
【參考文獻】
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