1.1.2 数据中心供配电系统

数据中心作为信息中心枢纽，承载着关系企业核心信息的服务器，供配电系统对于数据中心整体运行的重要性可谓是牵一发而动全身。然而，电源作为数据中心的基础要素之一，断电或低质量供电都是造成数据中心服务器停机的一大主要因素。如何对数据中心电源系统进行设计和智能化管理，以确保数据中心服务器及其他硬件设备持续运行，是众多数据中心管理者面临的重大问题。

对于数据中心的供配电设计方案，首先必须要对整个数据中心各种应用的整体情况有一个清晰的了解，然后再针对这些问题提出一个整体解决方案，只有这样，才能使数据中心的供配电系统具有高的效能、高的可用性和可靠性。对于供配电系统来说，在外电源满足的情况下，数据中心的设计要在预定的生命周期内满足数据中心各种应用的需求，并要做到随需而变。

良好的供配电系统是保证数据中心中的计算机设备、场地设备及辅助用电设备安全运行的先决条件。为保证计算机设备的供电质量，机房场地要求有独立配电系统、双电源互投系统与UPS组成的供配电系统。对于很多大型服务器等设备，要达到一级负荷标准，还需要做到可靠的接地。通过配置蓄电池优化UPS系统可靠性，在外部电源失电的情况下，节能环保型的发电机采用自动或手动的启动功能，通过供电线路继续给负载提供不间断、稳定的供电，以提高数据中心供电系统的高可用性。另外，随着数据中心规模的不断扩大，数据中心正在成为名副其实的耗能大户，为此要对数据中心的能耗做出最有效的管理，即构建一个绿色的数据中心。

1.数据中心供配电系统的特点

数据中心的供配电系统有其自身的特点，概括起来主要是：连续、稳定、平衡和分类。

① 连续是指为用电设备的不间断供电，但瞬时断电的情况时有发生。瞬时断电时间在国内尚无标准，一般采纳4ms。

② 稳定主要是指电源电压稳定，波形失真小。

③平衡主要是指三相电源平衡，即相角平衡、电压平衡和电流平衡。在国家标准《计算机场地技术要求》中未列出三相不平衡的允许值，但有些计算机的生产厂家对此项有明确要求。

④ 而分类就是指对计算机和外围设备、辅助设备的供配电分开进行，根据计算机设备的供电要求，合理地选择电力设备保护开关等，构成符合计算机设备要求的供配电系统。辅助供配电系统包括为了保证计算机设备能正常运行的其他设备，如空调、动力设备、照明设备和测试设备等。

针对数据中心采用的UPS等电源系统应该采用节省空间的紧凑式设计，具有内置旁路维护开关及可扩展的蓄电池，尽量降低总体成本，还应具有用户友好的智能及系统管理功能。

2.数据中心供配电规划

随着数据中心产品的科技进步，设计理念的日益创新，数据中心的功率密度逐年加大。一般而言，高功率密度数据中心现在主要是指每平方米平均功率大于2500W的数据中心，具体详细划分如表1-1所示。

随着刀片式服务器的应用越来越普及，高功率密度数据中心的电源问题变得更加突出。数据中心的电力供应规划应在满足目前使用供电容量要求的同时充分考虑远期业务发展的扩容需求。条件允许时应当采用双路不同变电站高压市电输入加自备发电机供电的方式，每路高压市电电源、发电机备用电源均应能够承担数据中心内的全部负荷。数据中心的配电系统建设应充分考虑分期建设或后期逐步进行内部处理的特点，在设计时应考虑分步实施的可行性，避免后来的施工对前期投产环境产生不良影响。

一般情况下，服务器和存储的能耗占数据中心总能耗的30%～50%，供电、制冷、加湿、照明等设备能耗的大小直接影响着数据中心的总能耗水平。随着服务器变得越来越小，典型数据中心的机架功率密度正以惊人的速度提高。为这些服务器提供不间断的电源供应已日益受到严重挑战，特别是考虑到未来的电源需求将增长40%～76%，这一挑战将尤其严重。

为保证市电中断时，数据中心关键设备的供电不中断，数据中心应自备发电机作为备用电源。自备发电机设备容量、数量应按实际负载容量及种类计算配置，同时还要考虑预留柴油发电机组未来扩容所需要的负荷。

为了满足数据中心对供电系统的高可靠性要求，应采取必要的技术措施消除可能出现在UPS本身及输出端的各种故障隐患。行之有效的办法就是配置UPS“双总线输出”配电系统。在变压器容量配置上考虑变压器负载100%冗余热备份，有条件时应考虑独立设置UPS专用变压器，同时考虑预留低压系统未来扩容的可能性。

考虑到经济性，数据中心供配电系统的规划和设计应根据负载不同的用电安全等级合理配置UPS系统。先期应当考虑经济合理的冗余方式，后期根据实际需要最高可升级到2N并机双母线冗余（或更高安全等级）方式。

空调系统的供电应当采用独立双回路配电系统，同一区域内空调设备采用分组供电方式，避免大面积同时供电中断情况的发生，保证空调设备全年365×24h运行。

数据中心雷电防护应当符合《建筑物电子信息系统防雷设计规范》A级标准要求，应当具有完备的建筑避雷及引雷装置。良好的防雷接地可以使建筑免受雷电威胁，同时应进一步采取必要措施（如接地、室外控雷技术等）避免因雷电引发的对数据及IT系统的二次破坏或干扰。

在变配电室低压母线上应设置一级浪涌保护器（SPD），UPS输入配电柜、UPS输出柜、数据中心空调配电柜应设置二级浪涌保护器，配电单元（PDU）内应安装三级浪涌保护器，所有其他与室外有关的配电设备和线路均应安装一级浪涌保护器。

计算机系统接地，要求采用公用接地系统。若有特殊要求则可留有安全保护地、防静电接地、交流工作地（零线接地）、直流逻辑地及防雷接地端子。接地装置的设计应满足接地电阻值小于1Ω的要求。