馬雁序

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市電直供技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用探討

馬雁序

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司信息能源所，北京 100080

社會(huì)的不斷發(fā)展對(duì)供電企業(yè)的要求越來越高。為了能夠更好地提高供電效率，控制能源的消耗，提出了市電直供技術(shù)中市電/交流UPS和市電/336V直流兩種供電方案，探討了兩種方案的供電架構(gòu)設(shè)計(jì)及電源設(shè)備選型要求，為市電直供技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的廣泛應(yīng)用提供指導(dǎo)。

市電直供；市電/交流UPS；市電/336V直流；構(gòu)架設(shè)計(jì)；設(shè)備選型

引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的推進(jìn)，信息技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算與各個(gè)行業(yè)進(jìn)行了融合，從而進(jìn)一步促進(jìn)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。為了能夠更好地確保數(shù)據(jù)中心供電效率，控制能源的消耗，近年來我們一直在研究數(shù)據(jù)中心供電節(jié)能技術(shù)并取得了很好的效果。

就目前的情況來看，我國(guó)不僅進(jìn)一步推動(dòng)高效率電源設(shè)備的應(yīng)用，例如模塊化UPS電源、336?V直流電源等；同時(shí)也積極引進(jìn)新型的供電技術(shù)，例如市電直供技術(shù)、分布式供電技術(shù)以及儲(chǔ)能技術(shù)等。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于電能質(zhì)量要求越來越高，數(shù)據(jù)中心設(shè)備供電技術(shù)也逐漸改變，由2N交流UPS雙路供電逐步向市電逐漸發(fā)展，從而能夠進(jìn)一步提高整體的供電效率，確保供電質(zhì)量。具體見圖1。

1 市電直供技術(shù)定義

市電直供技術(shù)是指ICT設(shè)備一路采用市電直供，另一路采用不斷電源（UPS/HVDC）供電的供電方案，供電架構(gòu)示意如圖2所示。

圖1 不同供電技術(shù)供電效率對(duì)比

圖2 市電直供架構(gòu)示意圖

如果供電回路中一路出現(xiàn)故障，如市電供電異常（如電壓幅值或頻率異常）時(shí)，就需要進(jìn)行電源的切換，從而保證供電的正常運(yùn)行。市電直供技術(shù)具有非常重要的作用，不僅能夠有效地確保供電的可靠性，同時(shí)也能夠減少換流環(huán)節(jié)，控制能源的消耗，提高供電效率，目前達(dá)到98%。對(duì)于不間斷電源的選擇，市電直供技術(shù)主要分為兩種方案，即市電/交流UPS供電方案和市電/336?V直流供電方案。

1.1 市電/交流UPS供電方案

ICT設(shè)備內(nèi)置電源模塊（PSU）按“1+1”配置，其中1個(gè)配置220?VAC/12?VDC模塊，主要使用220?V交流市電電源供電，而另外一個(gè)主要配置220?VAC/12?VDC模塊，同時(shí)使用UPS交流電源供電。對(duì)于這2個(gè)模塊主要作用是備用，攤鋪是能夠?yàn)?2?V直流輸出端并聯(lián)給ICT設(shè)備進(jìn)行供電。供電架構(gòu)示意圖如圖3所示。

ICT設(shè)備通過管理2個(gè)PSU，能夠百分之百確保市電直供回路的供電。UPS交流供電主要是作為備份，而對(duì)于市電側(cè)供電效率也達(dá)到了98%，而直流側(cè)供電其效率的范圍在93%～94%之間。

圖3 市電/交流UPS供電架構(gòu)示意圖

1.2 市電/336?V直流供電方案

ICT設(shè)備配置一樣，而另外一個(gè)是配置336?V?DC/12?V?DC模塊，同時(shí)使用336?V進(jìn)行直流電源供電。這2個(gè)模塊的主要作用是備用，在12?V直流輸出端并聯(lián)給ICT設(shè)備供電，供電架構(gòu)示意圖如圖4所示。

ICT設(shè)備通過管理2個(gè)PSU，能夠百分之百確保市電直供回路的供電，336?V直流供電也成為主要備份，市電側(cè)供電效率也達(dá)到了98%，而336?V直流側(cè)供電的效率為95%。

2 市電直供的電源設(shè)備選型要求

為了能夠更好地確保供電安全，提高供電效率，當(dāng)ICT設(shè)備使用市電直供的時(shí)候，需要確保不間斷電源設(shè)備以及配電設(shè)備等方面滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。

圖4 市電/336 V直流供電架構(gòu)示意圖

2.1 不間斷電源設(shè)備選型要求

如果使用UPS交流電源，首先需要進(jìn)行交流電源的模塊化選擇，UPS的整流器必須具備相應(yīng)的功能，同時(shí)確保整個(gè)電路開啟。如果市電供電回路出現(xiàn)異常情況，UPS就需要選擇啟動(dòng)整流器，將其轉(zhuǎn)化為雙變換工作模式。

如果使用336?V直流電源的時(shí)候，整流模塊需要保證有休眠功能。市電在正常供應(yīng)的時(shí)候，所有模塊都需要選擇使用輪巡的模式。如果市電供電回路出現(xiàn)問題，就需要使用相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行供電，保證整個(gè)模塊的順序，同時(shí)確保系統(tǒng)在10?s以內(nèi)具有相應(yīng)的功率，滿足實(shí)際的需求。

2.2 ICT設(shè)備電源（PSU）模塊選型要求

（1）雙路PSU主要模式有主備用以及并聯(lián)工作模式，從而能夠確保市電的直接供應(yīng)。

（2）耐沖擊能力需要保證達(dá)到2?kV以上，同時(shí)對(duì)于特殊的情況需要選擇范圍在2.5～3?kV之間。

（3）保證供電電壓的范圍控制在﹣20%～15%以上。

（4）諧波：30%負(fù)載率，10%；50%負(fù)載率，8%；100%負(fù)載率，5%。

（5）功率因數(shù)：負(fù)載率30%～100%?范圍內(nèi)，同時(shí)保證輸入功率因數(shù)小于之前。

（6）效率：白金級(jí)以上，40%～70%負(fù)載率范圍內(nèi)必須要大于94%。

2.3 低壓配電設(shè)備配置選型要求

市供電回路配電必須要小于三級(jí)，特別重要的負(fù)荷主要為二級(jí)。

市電供電回路需要具有防電涌沖擊保護(hù)的功能，同時(shí)需要充分考慮防電涌沖擊、ICT設(shè)備電壓耐受之間的配合。如果不能夠有效地滿足電壓的需求，可以選擇使用TVSS。

ICP設(shè)備出現(xiàn)超前功率因數(shù)的時(shí)候需要做好補(bǔ)償工作。ICT設(shè)備輸入諧波如果達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就要求采取有效措施進(jìn)行治理[2]。需要注意的是在進(jìn)行補(bǔ)償和治理的時(shí)候都要在二級(jí)配電設(shè)備中進(jìn)行。

ICT設(shè)備由一路市電和一路不間斷電源供電時(shí)，市電供電回路和不間斷電源供電回路都要從各個(gè)路段進(jìn)行。如果是雙路進(jìn)線，就要保證選取的母線對(duì)應(yīng)相應(yīng)的進(jìn)線。

3 應(yīng)用推廣建議

對(duì)現(xiàn)網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行市電直供的時(shí)候，需要根據(jù)服務(wù)器A和B進(jìn)行電源模塊（PSU）冗余設(shè)置，確保整體運(yùn)行，保證均分供電。

對(duì)新建服務(wù)器A、B電源模塊PSU主備冗余設(shè)置的時(shí)候，需要將市電和與不間斷電源作為主要的供電。

ICT設(shè)備在進(jìn)行采購(gòu)的時(shí)候要注意：ICT設(shè)備交流輸入時(shí)，要求功率因數(shù)大于0.95，同時(shí)要求諧波含量小于5%，因此通常情況下ICT設(shè)備在上架之前就要做好設(shè)備的測(cè)試工作。

當(dāng)ICT設(shè)備的各個(gè)因素不符合要求的時(shí)候，包括功率因數(shù)、諧波等，需要配置APF、SVG等補(bǔ)償濾波設(shè)備，從而確保整體的治理水平。

4 結(jié)束語

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，越來越多的通信電源新技術(shù)被應(yīng)用，進(jìn)一步提高了通信電源設(shè)備的可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中要做好數(shù)據(jù)中心基本規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作，同時(shí)不斷更新建設(shè)人員和維護(hù)人員的觀念，完善相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。目前，應(yīng)將市電直供技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房中非常重要的一種供電解決方式，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)其的研究。

[1]黃焱，王鵬，謝高輝，等. 智能電網(wǎng)下數(shù)據(jù)中心能耗費(fèi)用優(yōu)化綜述[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2016，50（12）：2386-2399.

[2]陸疆. 電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)之我見[J]. 通訊世界，2013（19）：105-106.

Discussion on Application of Mains Direct Supply Technology in Data Center

Ma Yanxu

China Mobile Communications Corporation Design Institute Information and Energy Institute Co., Ltd., Beijing 100080

The continuous development of society is increasingly demanding power supply companies. In order to improve the power supply efficiency and control the energy consumption, the power supply/AC UPS and the mains/336V DC power supply solutions of the main power supply technology are proposed. The power supply architecture design and power supply of the two solutions are discussed in depth. Equipment selection requirements provide guidance for the widespread application of utility power supply technology in data centers.

direct supply from municipal power; mains/AC UPS; mains/336V DC; frame design; equipment selection

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