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摘要：2022年11月1日，國家標準《數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級》在全國范圍內(nèi)強制實施,。國家對數(shù)據(jù)中心能耗總量和能耗強度考核指標越來越嚴格,，新建數(shù)據(jù)中心PUE指標要求提升至1.3以內(nèi),。數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗壓力迫在眉睫,，供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的動力心臟,，如何實現(xiàn)供配電系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全,、經(jīng)濟,、節(jié)能、低碳成為數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域關(guān)注點。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心能耗、數(shù)據(jù)中心節(jié)能,、PUE

1、供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的“心臟"

供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心正常運行的基礎(chǔ),，需要把“能量"輸送到數(shù)據(jù)中心的每個角落,，包括空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,、服務(wù)器,、控制設(shè)備、加濕系統(tǒng),、照明等,，供配電設(shè)備的傳輸損耗也是能耗中的一部分。我們知道,，電費是數(shù)據(jù)中心運營的主要成本,，占到數(shù)據(jù)中心總運營成本一半以上，因此有效的電力節(jié)能是綠色數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵所在,。如何更大限度應(yīng)用綠色可再生能源是數(shù)據(jù)中心“減壓"的重要方式,。

2,、綠色電力助力數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排

“雙碳"政策以來，各地鼓勵引導數(shù)據(jù)中心應(yīng)用可再生能源及清潔能源,，從供電側(cè)實現(xiàn)綠色低碳,，其中“綠電"可以通過自建自用,、直采綠電或者購買綠證的方式獲得,。

2021年9月，我國啟動全國綠色電力交易試點,，多家數(shù)據(jù)中心企業(yè),，如萬國數(shù)據(jù)、秦準數(shù)據(jù),、騰訊,，均參與并完成了較大體量的綠電市場交易采購；同時,，數(shù)據(jù)中心企業(yè)也可以自投電站,，主要分為分布式電站與集中式電站。例如,，在數(shù)據(jù)中心屋頂安裝分布式光伏電站,，滿足機房照明用電等需求，作為峰值電力補充的手段,。目前已有企業(yè)試行,，萬國上海三號數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)劃了太陽能墻，騰訊清遠清新云計算數(shù)據(jù)中心在廠房屋頂安裝光伏組件,。除此之外,，未來數(shù)據(jù)中心企業(yè)也可以投資大型風電、集中式光伏項目,，把光伏或風電作為主要電力來源,，自發(fā)自用，余電上網(wǎng),。

數(shù)據(jù)中心作為高耗電行業(yè),，不管應(yīng)用什么電，能耗是不變的,，數(shù)據(jù)中心企業(yè)應(yīng)該在保證數(shù)據(jù)中心應(yīng)用清潔能源的同時,，考慮多種能源協(xié)同組合，提高供能系統(tǒng)的能效是關(guān)鍵,。從目前的情況來看,，數(shù)據(jù)中心節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，供配電系統(tǒng)模塊化趨勢明顯,。

3,、模塊化供配電系統(tǒng)成為趨勢

數(shù)據(jù)顯示,，供配電系統(tǒng)是占數(shù)據(jù)中心總能耗約10%，其中UPS供電系統(tǒng)約占總功耗的5%,，UPS輸人供電系統(tǒng)約占總功耗的1%,，UPS供電設(shè)備節(jié)能其

UPS可以分為工頻塔式、高頻塔式,、高頻模塊化等形式,。從技術(shù)發(fā)展路徑來看，高頻技術(shù)在效率,、成本,、諧波、占地等各方面均優(yōu)于工頻,，高頻技術(shù)全面取代工頻技術(shù)成為趨勢,。

在高頻技術(shù)之下，模塊化和傳統(tǒng)塔式兩種形式不相上下,。模塊化UPS在運維,、安裝維護、后期擴容方面具有優(yōu)勢,，被許多數(shù)據(jù)中心服務(wù)商和行業(yè)用戶廣泛應(yīng)用,。業(yè)內(nèi)也有不同的聲音，認為多個模塊并機存在風險,，可靠性值得考慮,。從傳統(tǒng)塔式與模塊化的可靠性對比來看，兩者旗鼓相當,，模塊化甚至更優(yōu),。從近年新上市的UPS來看，大部分都采用了模塊化架構(gòu),，可見,，模塊化UPS是交流UPS的發(fā)展方向。

除了供電系統(tǒng)節(jié)能,，配電系統(tǒng)節(jié)能也不容易忽視,。供電系統(tǒng)模塊化趨勢需要和配電系統(tǒng)融合，比如：微模塊UPS,、變壓器UPS融合,、智能配電母線等等，使供配電系統(tǒng)成為一個整體,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)按需運行,，智能運維、靈活部署；有利于加大限度降低配電系統(tǒng)電纜傳輸損耗,，降低運維成本,，滿足不同級別數(shù)據(jù)中心機房需求。

過去10年,，供配電系統(tǒng)創(chuàng)新的焦點是電源形式,，除UPS之外，還出現(xiàn)了供電框架的創(chuàng)新,，由于HVDC簡化交流UPS變換環(huán)節(jié),，無需逆變器，串聯(lián)部件少,，理論故障點減少,，效率提高。

4,、高壓直流（HVDC）被服務(wù)商及用戶認可

供電系統(tǒng)架構(gòu)影響數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)能效水平，當前大型數(shù)據(jù)中心供配電架構(gòu)常見有三種：2N系統(tǒng),、一路市電直供+一路UPS/HVDC和DR(N=3)系統(tǒng),。以上三種供配電架構(gòu)的供電效率分別為93.1%、97%和94.1%,。供電框架逐漸由傳統(tǒng)的2N系統(tǒng)向能效更高的系統(tǒng)框架轉(zhuǎn)變,。

2N系統(tǒng)因其運維簡單，可靠性高,，被行業(yè)廣泛采用,，是數(shù)據(jù)中心供配電主流解決方案。一路市電直供十一路UPS/HVDC的供配電架構(gòu)供電能效更高,，近年逐漸被市場接受,。 按照功能組成，供配電系統(tǒng)主要由10kV配電,、柴油發(fā)電機組,、變壓器、低壓配電,、UPS電源及其配電,、電池、列頭柜等部分組成,，其基本原理如下圖所示,。

5、高壓直流會代傳統(tǒng)UPS供電嗎

上面我們講了HVDC在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用優(yōu)勢明顯,，那它能取代UPS嗎,？答案是“不能"。 首先，從供電結(jié)構(gòu)上來看,，直流傳輸?shù)膿p耗較大,，因此傳輸范圍有限，在遠距離的供電環(huán)境,，直流不可能取代交流,。其次，一路HVDC+一路市電直供不屬于容錯架構(gòu),，在HVDC檢修時候,，市電直供側(cè)沒有電池備電，市電閃斷導致服務(wù)巖機事件已經(jīng)多次發(fā)生,，所以一部分用戶已經(jīng)放棄一路HVDC+一路市電的架構(gòu),，重新回到2N的容錯系統(tǒng)。隨著主流UPS廠商在研發(fā)的不斷投入,，UPS的效率在不斷提升,，價格不斷下降，HVDC在效率,、成本方面優(yōu)勢在減弱,，此外有些服務(wù)器并不兼容HVDC電源制式，也影響了HVDC的應(yīng)用擴展,。UPS,、HVDC等電源的創(chuàng)新只是部件層面的，對供電鏈路影響有限,，未來一定是供電鏈路端到端的創(chuàng)新,，隨著第三代半導體技術(shù)的成熟，碳化硅器件已經(jīng)在中低壓配電網(wǎng)開始了應(yīng)用,，10kV級的電力電子電源成為可能,，銅質(zhì)變壓器被電力電子變壓器取代，供電鏈路更節(jié)能,。

供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心正常運行的電力保障,，任何細微的故障都會影響數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運營。隨著技術(shù)的發(fā)展,，數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)節(jié)能方式層出不窮,，哪些節(jié)能方式將成為主流呢？需要時間檢驗,。

6,、安科瑞數(shù)據(jù)中心綜合解決方案

6.1 AcrelEMS-IDC綜合能效管理系統(tǒng)

整體概況

展示當前數(shù)據(jù)中心總能耗，IT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。

配電監(jiān)測

可選擇查看數(shù)據(jù)中心的中低壓配電系統(tǒng)主接線圖,，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)。

電氣節(jié)點溫度監(jiān)測

無線測溫傳感器主要用于監(jiān)測斷路器觸頭,、觸臂,、母排和線纜連接處溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導致的事故,。

變壓器監(jiān)測

監(jiān)測各變壓器各項參數(shù),，包括負載率、頻率,、功率因數(shù),、三相不平衡度等，并且顯示歷時曲線圖,，數(shù)據(jù)實時變化,。幫助用戶直觀監(jiān)測各變壓器運行狀態(tài)。

電能質(zhì)量監(jiān)測

可以監(jiān)測特定回路電流,、電壓2~31次諧波畸變率和總諧波畸變率,，通過曲線方式顯示。

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)。

電池監(jiān)測

數(shù)據(jù)中心UPS儲能用的蓄電池比較多,，展示每塊電池電壓,、內(nèi)阻、內(nèi)阻變化率和電池溫度,，預測電池帶載時剩余時間,，每個數(shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報警，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池異常,。

列頭柜監(jiān)測

系統(tǒng)可以展示列頭柜內(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)取自列頭柜測量模塊,。

母線槽監(jiān)測

數(shù)據(jù)中心由于列頭配電柜數(shù)量多，占用空間較大，為了節(jié)省面積,，智能小母線方案由于不占用機房面積受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞,，被越來越多的應(yīng)用。

能源分布

通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布,，平面圖顯示數(shù)據(jù)中心設(shè)備分布情況,，并顯示設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，通過點擊平面圖上設(shè)備可以進入具體設(shè)備監(jiān)控界面,。

能效監(jiān)測

能效看板實時顯示當前數(shù)據(jù)中心PUE值以及歷史PUE曲線,。

并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監(jiān)測各變壓器運行及負載情況,，給出本月變壓器輸出電能排行,。

電能報表及分析

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,。

空調(diào)監(jiān)測

系統(tǒng)可監(jiān)測空調(diào)的回風溫濕度，出回水溫度,，并可以設(shè)定空調(diào)的溫濕度,，達到更好的控制效果。

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,。

事件報警

報警事件分為四級：預警、一般,、重要和緊急報警,，避免漏掉重要報警信息。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。

6.2 選型配置

參考文獻:

[1]邵文娜.如何給數(shù)據(jù)中心“心臟"減壓[J].數(shù)據(jù)中心建設(shè)+,，2023：82-83

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[3]數(shù)據(jù)中心綜合解決方案.2022.02版.