安科瑞 陳聰(cōng)

摘(zhāi)要(yào)：數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著5G，物聯(lián)網(wǎng)，工(gōng)業互聯網(wǎng)的推(tuī)廣應用(yòng)，帶來(lái)數據(jù)指(zhǐ)數級增長(cháng)，大量數據都將(jiāng)進入數(shù)據(jù)機(jī)房進行(háng)集中(zhōng)處理，這對數(shù)據中(zhōng)心(xīn)都(dū)提出了更新更高的要(yào)求。麵對數(shù)據中心高密(mì)化，規模化(huà)的(dí)發(fā)展(zhǎn)，供電係統作為數(shù)據中(zhōng)心的(dí)“心(xīn)髒”，為(wéi)滿(mǎn)足(zú)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)的增長(cháng)，以(yǐ)及(jí)綠(lǜ)色能源的(dí)發展趨勢(shì)，在(zài)建設(shè)中(zhōng)不僅要(yào)保障(zhàng)供電的安(ān)全性，更(gēng)要對供電(diàn)係統進(jìn)行(háng)技術(shù)創新，為(wéi)客戶(hù)創造更大(dà)價(jià)值。結(jié)合相(xiāng)關(guān)技術及規範(fàn)，創新數(shù)據中(zhōng)心配(pèi)電(diàn)方案(àn)，為數據中心(xīn)供電係(xì)統的(dí)設(shè)計提供思(sī)路(lù)。

關(guān)鍵(jiàn)詞：數(shù)據中(zhōng)心電(diàn)力模塊智(zhì)能鋰電

1概(gài)述(shù)

隨著(zhuó)互聯網(wǎng)數據業務的(dí)發(fā)展，短(duǎn)時(shí)間內(nèi)快速(sù)爆(bào)發(fā)成為其(qí)發(fā)展特(tè)征(zhēng)，如(rú)抖(dǒu)音單季度用(yòng)戶(hù)數新增近2億(yì)，這種情況下(xià)，客(kè)戶(hù)對於(yú)數據中心交付(fù)周(zhōu)期要求(qiú)在(zài)1年(nián)或者更(gēng)短。在這種情況(kuàng)下(xià)下，傳統數據中(zhōng)心(xīn)的建設方式，很(hěn)難更(gēng)上業務的發(fā)展。

芯片，服務器(qì)等設(shè)備算力和功(gōng)耗(hào)持(chí)續提(tí)升(shēng)，未(wèi)來幾年單機櫃功(gōng)率(shuài)密度也(yě)將從6~8kW向12~15kW演(yǎn)進。同時(shí)，未(wèi)來雲(yún)數(shù)據(jù)中心將(jiāng)成為主要場景，預計(jì)到(dào)2025年(nián)占(zhān)比將(jiāng)超過(guò)70%，麵對(duì)雲(yún)計算業(yè)務帶來的數(shù)據量(liáng)和(hé)計(jì)算量的(dí)爆(bào)發式增長，在(zài)數據中(zhōng)心(xīn)資(zī)源(yuán)尤其(qí)是(shì)一綫城(chéng)市資(zī)源(yuán)日(rì)趨(qū)緊張的情(qíng)況(kuàng)下(xià)，隻有(yǒu)通(tōng)過提(tí)高機房(fáng)單位(wèi)麵(miàn)積內(nèi)的(dí)算力(lì)，存儲以(yǐ)及(jí)傳輸(shū)能力(lì)，才能(néng)*大程度(dù)發(fā)揮(huī)數據中心(xīn)的價(jià)值(zhí)。另一方(fāng)麵，隨著(zhuó)AI，超算(suàn)等(děng)技術和(hé)應用(yòng)的(dí)發(fā)展，人工智能計(jì)算中心(xīn)，超(chāo)算中心(xīn)等(děng)也(yě)將迎(yíng)來建設高潮(cháo)，推(tuī)動數據(jù)中心的(dí)快(kuài)速(sù)發展(zhǎn)。

預製(zhì)化(huà)和模塊化是(shì)將是(shì)數據中(zhōng)心未來(lái)發展(zhǎn)的(dí)一個方向。與目前廣泛(fàn)使用的微(wēi)模塊相同，采用模塊化設計將(jiāng)數據中(zhōng)心供(gōng)配電(diàn)分(fēn)解成(chéng)多(duō)個預(yù)製化結構在(zài)進(jìn)行預(yù)製組裝(zhuāng)供(gōng)配(pèi)電係(xì)統，標準(zhǔn)化(huà)生產(chǎn)，將(jiāng)復雜(zá)的工程(chéng)變成(chéng)統(tǒng)一的產(chǎn)品(pǐn)，實現供配電(diàn)係統(tǒng)的快速部(bù)署。

2數據機房供(gōng)配(pèi)電(diàn)方案

2.1項(xiàng)目概(gài)況

某項目數據(jù)中(zhōng)心機(jī)房規劃(huá)麵(miàn)積約(yuē)600m2，參(cān)考GB50174-2017《電子信(xìn)息(xī)係統(tǒng)機房(fáng)設(shè)計(jì)規範》B級機房(fáng)進(jìn)行(háng)規劃，功(gōng)能區(qū)域包(bāo)括主機(jī)房(fáng)（設(shè)備(bèi)機(jī)房，電力機(jī)房），管(guǎn)理區（辦(bàn)公室，互(hù)聯(lián)網設(shè)備間等）和輔助(zhù)用房。單機(jī)櫃功(gōng)率不(bù)4kW，初步(bù)規劃機櫃(guì)數(shù)量不少於(yú)150台(tái)，滿足公(gōng)司未來3~5年(nián)的發(fā)展使用需(xū)求。

2.2數(shù)據中心供電係統建設(shè)方案

2.2.1高低壓建設方(fāng)案

數據機(jī)房(fáng)的(dí)負(fù)荷一(yī)般(bān)由一級負荷，二級(jí)負荷和三級(jí)負荷組成，根據(jù)建築(zhù)，空(kōng)調，給排(pái)水等專業(yè)提(tí)出的用電需求初(chū)步(bù)估(gū)算，主(zhǔ)要負荷情(qíng)況(kuàng)統計如表1所示。

表1變(biàn)壓器用(yòng)電負(fù)荷(hé)測(cè)算

根據(jù)以上(shàng)的負荷統計及計(jì)算結(jié)果(guǒ)，本項目建(jiàn)議設備選型及(jí)配置如(rú)下：

變(biàn)壓器：1000kVA，1+1配(pèi)置。每台變(biàn)壓(yā)器正常負荷率不大於50%，當(dāng)一台變(biàn)壓器(qì)故(gù)障(zhàng)時(shí)，另一台變壓(yā)器(qì)帶起(qǐ)全(quán)部(bù)負荷。

2.2.2係統建設(shè)方案

數據(jù)中心IT設備(bèi)和核心(xīn)通信(xìn)設備(bèi)主(zhǔ)要采用UPS供(gōng)電。供電(diàn)方(fāng)式采用2N架構的UPS供電方(fāng)式。根據(jù)不同(tóng)用電(diàn)設備的用(yòng)電(diàn)安(ān)全等(děng)級，建(jiàn)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及(jí)用電特(tè)點(diǎn)等(děng)因素，本數(shù)據中心UPS供電(diàn)係統(tǒng)考(kǎo)慮采(cǎi)用(yòng)高頻(pín)模塊化UPS設備(bèi)，UPS係(xì)統按照2N冗餘方式(shì)配(pèi)置，整(zhěng)體(tǐ)係統後備(bèi)時(shí)間(jiān)按(àn)係(xì)統延(yán)時30min考慮（單(dān)邊15min）。UPS容(róng)量計算(suàn)：確定UPS係統(tǒng)的基本容量時(shí)應留有餘量，UPS係統(tǒng)的(dí)基本容(róng)量(liáng)可(kě)按(àn)下式(shì)計算。

E≥P*1.2

式中：E—UPS係統的(dí)基本容量(liáng)(不包含備份不(bù)間(jiān)斷(duàn)電(diàn)源設備(bèi)kW/kVA）P—IT設備(bèi)的計算負荷（kW/kVA）。

本項(xiàng)目共計劃(huá)建設(shè)IT機櫃150架(jià)，單櫃功耗平均(jūn)4kW，網(wǎng)絡機櫃(guì)11架(jià)，單(dān)櫃功耗(hào)1kW，數據中心(xīn)機櫃總(zǒng)功耗為：

考慮同(tóng)時係數0.85，有(yǒu)功功率：P=（150*4+11*1）*0.85＝520（kW），則視在(zài)功率(shuài)：S=1.2*520/0.95=656kVA本項目采(cǎi)用(yòng)2N配置(zhì)，每套係統配置(zhì)2台(tái)500kVA模(mó)塊化(huà)UPS，每台(tái)配置(zhì)400kVA，預留模塊(kuài)空間，便於後(hòu)期擴容及維(wéi)護。

2套1000kVAUPS係(xì)統（共4台，模塊配置400kVA/台）采用(yòng)2N架構(gòu)，組成A，B路(lù)雙母綫係(xì)統(tǒng)，每組為(wéi)2套500kVA並(bìng)機，共需4台(tái)500kVA模塊(kuài)化(huà)UPS。IT設備供(gōng)電采用(yòng)雙(shuāng)路(lù)UPS供電方式(shì)。本期配(pèi)置2套(tào)2×500kVA並(bìng)機UPS，組(zǔ)成(chéng)A，B路(lù)雙(shuāng)母綫係(xì)統(tǒng)；正(zhèng)常運行時雙(shuāng)母(mǔ)綫(xiàn)UPS係(xì)統均匀分(fēn)配供電負(fù)荷，當(dāng)其中(zhōng)一(yī)套(tào)UPS係統故障或(huò)檢修時，由(yóu)另外一套係統(tǒng)承(chéng)擔(dān)所(suǒ)有負(fù)荷。

2.2.3低壓(yā)配電係統建設(shè)方案

本工程(chéng)采(cǎi)用(yòng)電力模塊(kuài)方(fāng)案(àn)，一體化(huà)集(jí)成從(cóng)中壓變(biàn)壓器(qì)到負載(zǎi)饋綫(xiàn)端的全功(gōng)率鏈路(lù)，包(bāo)含(hán)中壓(yā)變壓(yā)器，低壓(yā)配(pèi)電(diàn)櫃，無功(gōng)功率(shuài)補(bǔ)償(cháng)櫃，模塊(kuài)化UPS及(jí)饋綫櫃等，低壓設備采(cǎi)用工廠預製(zhì)化成套設備。本工程(chéng)配(pèi)置(zhì)2套1250kVA預製(zhì)化電力模(mó)塊(kuài)係統(tǒng)，每(měi)套係(xì)統(tǒng)配(pèi)置(zhì)1套(tào)SCB131000kVA變壓器，2000A進綫(xiàn)櫃(guì)，1200A母(mǔ)聯櫃(guì)，200kVAR無功功率(shuài)，2台500kVA模塊化UPS，1台維修旁(páng)路櫃(guì)，1台(tái)IT饋綫櫃(guì)，1台(tái)動力(lì)饋(kuì)綫(xiàn)櫃，電力模塊(kuài)配(pèi)置如(rú)圖(tú)1所示。

2.2.4智能鋰(lǐ)電建(jiàn)設(shè)方(fāng)案(àn)

圖(tú)1電(diàn)力(lì)模(mó)塊

鉛酸電池在通信行業領域數十(shí)年來(lái)長期占主要(yào)地(dì)位。但鉛酸(suān)電池循(xún)環壽命(mìng)短，占地大，對機房(fáng)承(chéng)重(zhòng)要求高，生產製造(zào)過程容易(yì)造成環境(jìng)汙染，各國的鉛酸電池發展都趨(qū)於縮(suō)減(jiǎn)。而(ér)鋰(lǐ)電池(chí)天(tiān)然具有能量密(mì)度高，占地(dì)小，長(cháng)循(xún)環壽命(mìng)等鉛酸不(bù)具備的(dí)優(yōu)勢。鉛酸電池與鋰電池對比如(rú)表2所(suǒ)示。

表2鉛酸電(diàn)池與(yǔ)鋰電(diàn)池對比(bǐ)

綜上比較，蓄電池(chí)方案建(jiàn)議采用磷酸(suān)鐵鋰電池(chí)。

IT電池計(jì)算書（滿(mǎn)載(zǎi)）如(rú)表(biǎo)3所(suǒ)示(shì)。

表3鋰(lǐ)電(diàn)池容(róng)量測(cè)算

因此UPS單機(jī)滿(mǎn)載(zǎi)條(tiáo)件下，建議每台(tái)UPS帶(dài)1台(tái)滿配鋰電櫃（儲(chǔ)能模(mó)塊7+7）,1台半(bàn)櫃鋰(lǐ)電池(chí)櫃（儲能(néng)模(mó)塊7+0）；IT設(shè)備供(gōng)電所需鋰(lǐ)電池櫃(guì)體總數(shù)為8櫃(guì)，能(néng)滿足係(xì)統(tǒng)備電30分(fēn)鐘，同(tóng)時(shí)支(zhī)持(chí)後(hòu)續擴容。

2.3電力模塊的優(yōu)勢(shì)

可靠(kào)美(měi)觀：電力(lì)模塊(kuài)采用預製化(huà)智能(néng)配電成(chéng)套設備，在(zài)模(mó)塊化，標(biāo)準(zhǔn)化(huà)的基礎(chǔ)上，將供配電(diàn)係統，饋(kuì)電(diàn)係(xì)統(tǒng)，監控管理係(xì)統(tǒng)等(děng)集成在一起，所有(yǒu)單元(yuán)提供2N冗(rǒng)餘配置，提升(shēng)係統安全可靠性，保證係統(tǒng)外(wài)觀和結構(gòu)的一致性。節(jié)省空間：相(xiāng)較(jiào)於(yú)傳統的UPS係統，集(jí)中式(shì)設計，使整(zhěng)體結構緊(jǐn)湊，配電櫃(guì)數量減少，空(kōng)間節(jié)省(shěng)1倍(bèi)以上，且電力模(mó)塊(kuài)采(cǎi)用母綫連接，節(jié)約(yuē)了大(dà)量(liáng)的(dí)走(zǒu)綫空間。節(jié)約(yuē)用電：配電(diàn)櫃(guì)數(shù)量(liáng)減少縮短了(liǎo)鏈路，全鏈(liàn)路效率達97.8%，可(kě)有效降低(dī)電能損(sǔn)耗(hào)。以(yǐ)12MW數據(jù)中心為例(lì)，采(cǎi)用(yòng)電力模(mó)塊每(měi)年電(diàn)費(fèi)可節省接近(jìn)200萬。

縮短(duǎn)周期(qī)：交付周(zhōu)期從(cóng)2月縮短至2周(zhōu)。傳統供電方案需現(xiàn)場連接銅排和(hé)綫(xiàn)纜，工(gōng)程質量風險大，周(zhōu)期長，需要2月才能(néng)完(wán)成交(jiāo)付(fù)，電(diàn)力模(mó)塊內部連(lián)接采(cǎi)用預(yù)製廊橋式母排，且(qiě)在工(gōng)廠完成預(yù)製和調測，現場施(shī)工(gōng)2周(zhōu)即可(kě)完成，有(yǒu)助於客(kè)戶業務(wù)快(kuài)速上綫。

3安(ān)科瑞蓄(xù)電(diàn)池監(jiān)測係統(tǒng)介紹設(shè)備選型

3.1蓄電池組(zǔ)

蓄(xù)電池組(zǔ)通(tōng)常(cháng)作(zuò)為UPS電源的補充(chōng)，用於提(tí)供更長(cháng)時(shí)間的應急(jí)電源，以便(biàn)在柴油發電(diàn)機組(zǔ)無(wú)法(fǎ)提(tí)供(gōng)電(diàn)力時，為(wéi)數據(jù)中(zhōng)心提(tí)供電力支持(chí)。

3.2蓄電(diàn)池組(zǔ)分類

數據(jù)中心目前(qián)常用的(dí)蓄電池有鉛(qiān)酸電池，鎳(niè)鎘電(diàn)池，鋰(lǐ)電(diàn)池(chí)等(děng)。其中，鉛酸電池是較早應(yīng)用於數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)的儲能電(diàn)池(chí)之一，它(tā)具有成本(běn)低，維護(hù)簡(jiǎn)單，環(huán)境(jìng)汙(wū)染(rǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，但(dàn)其能量密度(dù)較(jiào)低，壽命(mìng)較短，容(róng)量較小(xiǎo)等缺點。鎳鎘電池雖(suī)然能量密度(dù)較高，但(dàn)其存在著(zhuó)容(róng)量限製，自(zì)放(fàng)電(diàn)率(shuài)高(gāo)，溫度性能差(chà)等(děng)缺(quē)點，因此在(zài)數(shù)據中(zhōng)心(xīn)的應(yīng)用(yòng)已(yǐ)經(jīng)逐漸(jiàn)被(bèi)鋰(lǐ)電池(chí)所取(qǔ)代。在選擇蓄電(diàn)池組時，需要根據應用場景的要(yào)求和(hé)預算來選擇(zé)適(shì)合(hé)的蓄電池類型。

3.3蓄電(diàn)池(chí)組(zǔ)一次(cì)接綫圖(tú)

數(shù)據中心中的(dí)蓄(xù)電(diàn)池通常采用(yòng)一定(dìng)數量(liáng)的(dí)電池(chí)串(chuàn)聯組成電池組(zǔ)，並通過電綫(xiàn)連接(jiē)到(dào)UPS電源係(xì)統中。接(jiē)綫應遵循(xún)安全(quán)可靠的原(yuán)則，以確保(bǎo)電(diàn)池(chí)組(zǔ)的(dí)正(zhèng)常(cháng)運行和(hé)使用(yòng)壽(shòu)命(mìng)。當主(zhǔ)電(diàn)源發(fā)生(shēng)故障(zhàng)或(huò)停電(diàn)時(shí)，UPS電源(yuán)係統將自動切換到(dào)蓄電(diàn)池(chí)備用(yòng)電源狀態，以確(què)保(bǎo)係統的(dí)持(chí)續運(yùn)行。

3.4蓄(xù)電池(chí)組監(jiān)控(kòng)需求及主要設備選(xuǎn)型

蓄電池(chí)組在(zài)數(shù)據中心(xīn)UPS電源(yuán)係統(tǒng)中發揮(huī)著(zhuó)重要作(zuò)用，因此需要對其(qí)進行監(jiān)控(kòng)，以確保(bǎo)其(qí)正常工作和(hé)延(yán)長使用(yòng)壽命。以下是蓄電(diàn)池組(zǔ)監控(kòng)的(dí)一(yī)些常見需求：

電(diàn)池組狀態監測：包括(kuò)電壓，電流(liú)，溫度(dù)，容量等參數的(dí)監測，以實(shí)時了解電池組(zǔ)的運行(háng)狀況。

電池(chí)組(zǔ)剩餘壽(shòu)命預測：通過(guò)監測電(diàn)池組的工作(zuò)狀態和壽命(mìng)指標，預(yù)測電池(chí)組的剩(shèng)餘壽命(mìng)，提(tí)前進(jìn)行維(wéi)護和(hé)更換，避免電池(chí)組失效(xiào)導致UPS電源(yuán)係統失效。

自(zì)動(dòng)測(cè)試和巡(xún)檢(jiǎn)：定期(qī)對電(diàn)池組進(jìn)行(háng)自動(dòng)測試和巡檢(jiǎn)，以發現(xiàn)潛在(zài)的(dí)故(gù)障和異(yì)常(cháng)情況，及時處理。

報(bào)警(jǐng)和預(yù)警功能：當(dāng)電池組(zǔ)發(fā)生異常或出現故(gù)障(zhàng)時(shí)，通過報警和預警(jǐng)的方式(shì)通知運(yùn)維(wéi)人員及(jí)時處理(lǐ)，避(bì)免(miǎn)事故的發(fā)生。

數據分(fēn)析和記(jì)錄(lù)：通(tōng)過對電池組數據進(jìn)行分(fēn)析(xī)和(hé)記錄，可(kě)以了解電(diàn)池(chí)組(zǔ)的歷(lì)史運(yùn)行情(qíng)況，為優化管理和維護(hù)提(tí)供數據支持。

蓄電池(chí)監測主要(yào)由S模(mó)塊(kuài)，C模塊及HS采集器組成。

3.5產品選(xuǎn)型

4結(jié)束語

大數據時(shí)代的(dí)到(dào)來，數據中心建(jiàn)設越來越多(duō)，交付周期越(yuè)來(lái)越短，建設要求越(yuè)來越(yuè)高，數據(jù)機房的(dí)高低壓供配(pèi)電係統也隨之(zhī)進化，深度融合的(dí)道路(lù)還在(zài)進一步探(tàn)索(suǒ)，而電力(lì)模塊的創新(xīn)使(shǐ)用(yòng)，憑(píng)借(jiè)其(qí)低(dī)耗(hào)能，占(zhān)點小，交付周期短(duǎn)，運維(wéi)便(biàn)利(lì)等(děng)優勢，提(tí)升了(liǎo)數(shù)據機房的得櫃(guì)率，降(jiàng)低了數據中心能耗，加(jiā)快(kuài)了數(shù)據中心的交付使(shǐ)用，在(zài)數據中(zhōng)心，核心網機房等綠色化轉(zhuǎn)型(xíng)提供助力，有力服(fú)務(wù)數字經(jīng)濟發展(zhǎn)。

【參(cān)考(kǎo)文獻(xiàn)】 

【1】趙建(jiàn)泉(quán),張(zhāng)翠(cuì)霞,劉凱(kǎi)旋(xuán).淺談電力模塊在數(shù)據機房中的應(yīng)用(yòng).［Ｊ］.電工技術，2022（15）：164-167.

【2】王二超(chāo)．數據中心供(gōng)配電係(xì)統(tǒng)架構及備(bèi)用電源分析［Ｊ］．中(zhōng)國(guó)新通信(xìn)，2021（39）：196-197.

【3】安科瑞企(qǐ)業微(wēi)電(diàn)網設計與應用(yòng)手冊(cè)2022.5版