王曉雷

中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司 河南 鄭州 450052

互聯(lián)數(shù)據(jù)中心也叫做Internet Data Center，簡(jiǎn)稱為IDC，IDC是利用通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)共享資源等為基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)來(lái)對(duì)服務(wù)商等對(duì)象提供相對(duì)高速與穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，同時(shí)還具備非常豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，可以把數(shù)據(jù)的利用發(fā)揮到最大化，并且開(kāi)展全面的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。截止到目前，政府、金融機(jī)構(gòu)、大型IT企業(yè)等都開(kāi)展了大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心建設(shè)。數(shù)據(jù)中心建設(shè)需要耗費(fèi)大量的電源，由于非常集中和大功率大密度的特點(diǎn)，電源能耗在一定程度上引起了相關(guān)人士的重視。幾乎每一年都需要耗費(fèi)大量的電，因此在建設(shè)數(shù)據(jù)中心的同時(shí)如何只能節(jié)能減排降低能耗是數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的一個(gè)重要的方向。

1. 關(guān)于數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心在最近兩年成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一種集中顯示的技術(shù)，是信息的重要載體。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷增加，平均耗電量也不斷增加，就我國(guó)目前的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)已經(jīng)超過(guò)40萬(wàn)，預(yù)測(cè)在未來(lái)的發(fā)展中國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心還將不斷擴(kuò)大。數(shù)據(jù)中心除了IT設(shè)備之外還有供電系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施之一，IT設(shè)備是數(shù)據(jù)中心的核心，供電系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)作為其支撐，三者緊密結(jié)合才能正常工作。在數(shù)據(jù)中心工作期間不斷電、不停電，核心設(shè)備的功率密度是普通公共建筑設(shè)備的十倍以上。一臺(tái)服務(wù)器本身就具備非常高的功耗，再加上機(jī)架的高功率服務(wù)器全年不間斷運(yùn)行導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的用電量不斷攀升。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2015年國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心全年總能耗相當(dāng)于三峽電站一年的發(fā)電量。但是從總體上來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心能源利用效率不高，與國(guó)外相比甚至是非常低[1]。

政府在關(guān)于數(shù)據(jù)中心能耗的問(wèn)題上提出了節(jié)能要求，并且制定了相關(guān)的文件，如《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》中針對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗做出了詳細(xì)的規(guī)定，從數(shù)據(jù)中心改造和降低數(shù)據(jù)中心能耗的方向出發(fā)。其中關(guān)于數(shù)據(jù)中心節(jié)能還明確理論量化節(jié)能目標(biāo)，在一定程度上說(shuō)明了政府對(duì)節(jié)能減排的重視。

2. 數(shù)據(jù)中心電源節(jié)能的研究

國(guó)內(nèi)關(guān)于數(shù)據(jù)中心電源節(jié)能的研究集中在硬件選型的革新上面，數(shù)據(jù)中心使用的供電是傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)交流供電，數(shù)據(jù)中心的能耗隨著科技發(fā)展與數(shù)據(jù)的增加不斷增高，這種傳統(tǒng)的供電模式效率低下，不符合數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，也難以滿足能耗需要。最近兩年以來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始大規(guī)模使用高壓直流供電方式，這種方式與傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)供電模式比較，高壓直流電供電模式效率更高，使用高壓直流電之后系統(tǒng)損耗明顯降低。根據(jù)系統(tǒng)顯示高壓直流模塊的效率即使在負(fù)載率達(dá)到40%，高壓直流系統(tǒng)的效率仍舊可以達(dá)到92%，所以高壓直流電源具備更高的穩(wěn)定性，能耗也明顯降低。其次是供電架構(gòu)的優(yōu)化和智能控制的運(yùn)用。由于數(shù)據(jù)中心是一個(gè)系統(tǒng)工程，因此要從整體上設(shè)計(jì)與考慮，綜合性選擇設(shè)計(jì)方案和節(jié)能解決方案，完成節(jié)能減排的目標(biāo)[2]。

3.數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計(jì)分析

3.1 UPS電源系統(tǒng)的改造

UPS系統(tǒng)也叫交流不斷電源，是一種當(dāng)供電中斷或者供電異常的時(shí)候可以利用儲(chǔ)能元件作為后備電源系統(tǒng)提供不斷電服務(wù)的一種設(shè)備。計(jì)算機(jī)運(yùn)行需要電力供應(yīng)，電壓輸入過(guò)高會(huì)燒壞電源 ，電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的內(nèi)容消失，根本來(lái)不及保存，從而出現(xiàn)計(jì)算機(jī)卡頓和大量破碎數(shù)據(jù)占據(jù)硬盤空間讓系統(tǒng)運(yùn)行速度變慢。尤其是數(shù)據(jù)中心這種大型的服務(wù)設(shè)備，更需要穩(wěn)定持續(xù)的供電作為基礎(chǔ)。所以UPS 出現(xiàn)并且造就了一個(gè)嶄新的行業(yè)，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展做出了非常突出的貢獻(xiàn)。UPS的發(fā)展也經(jīng)歷了非常漫長(zhǎng)的時(shí)間，從上個(gè)世紀(jì)到近現(xiàn)代，它的基本組成是整流器、蓄電池組、逆變器、輸出轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、鎖相環(huán)。目前的市場(chǎng)上的UPS主要有三種，分別是工頻UPS、高頻UPS和模塊化UPS，這三種在運(yùn)用上并非是完美的，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.2 數(shù)據(jù)中心高壓直流電源系統(tǒng)

UPS系統(tǒng)在出現(xiàn)之后在數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)中得到非常廣泛的運(yùn)用，總體上來(lái)說(shuō)有發(fā)展使用的優(yōu)勢(shì)，但是也存在一些較為突出的問(wèn)題，如可靠性不高而建設(shè)成本非常高、運(yùn)行能效低，可靠性差，所以UPS系統(tǒng)是沒(méi)有辦法兼顧供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)的節(jié)能性，由此高壓直流電成為了數(shù)據(jù)中心電源發(fā)展的另一個(gè)方向。

高壓直流電源系統(tǒng)的組成包含一個(gè)機(jī)架或者是多個(gè)機(jī)架中的交流配電屏、高頻開(kāi)關(guān)整流模塊，還包含直流配電屏、蓄電池組與監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)察、接地部分。高壓支流供電具備以下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)供電可靠性高、電源損耗低、節(jié)省大量建設(shè)成本、節(jié)省運(yùn)行維護(hù)成本，這個(gè)方式在推出之后得到了運(yùn)營(yíng)商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的高度關(guān)注，并且迅速投入使用，得到了非常好的反饋。但是就目前的發(fā)展情況來(lái)看，雖然高壓直流電系統(tǒng)供電情況良好，但是在數(shù)據(jù)中心發(fā)展的情況下大規(guī)模商用代替原本的UPS，還需要IT設(shè)備兼容才可以比較實(shí)際[3]。

3.3 高壓直流系統(tǒng)供電方案

高壓直流系統(tǒng)供電主要有兩種方式，單電源雙路供電方式和雙電源雙路供電方案，兩種方案在使用上都具備理論上的可靠性與節(jié)能型，從使用角度上可以直接看出高壓直流電源系統(tǒng)供電的可靠性與穩(wěn)定性比UPS系統(tǒng)更高，而且損耗非常低。所以在數(shù)據(jù)中心電源節(jié)能的發(fā)展上高壓直流系統(tǒng)供電具有非常良好的發(fā)展意義。根據(jù)相關(guān)的測(cè)試之后，在型號(hào)選擇與應(yīng)用上筆者本人更傾向于優(yōu)先選擇高壓直流電設(shè)備作為機(jī)房不間斷電源使用，并且在使用的過(guò)程中不斷淘汰工頻UPS，當(dāng)系統(tǒng)處于空載的時(shí)候應(yīng)該要及時(shí)關(guān)閉電源主機(jī)。

結(jié)語(yǔ)：優(yōu)先使用高壓直流設(shè)備作為機(jī)房不間斷電源，并逐步淘汰工頻UPS，在空載時(shí)候關(guān)閉電源主機(jī)等節(jié)能方案，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)逐漸施行，并且取得了可觀的成績(jī)。