全面掌控数据中心供配电系统

1数据中心供配电系统架构

说到数据中心供配电系统，就不得不谈系统架构，关于数据中心供配电系统架构，GB50174 - 2017《数据中心设计规范》在附录“电气”中规定：A*数据中心应满足容错要求，可采用2N系统，也可采用其他避免单点故障的系统配置。 

A*数据中心供配电系统主要有3种架构：2N、DR、RR。

1.1 2N系统

由两个供配电单元组成，每个单元均能满足全部负载的用电需要，两个单元同时工作，互为备用。

正常运行时，每个单元向负载提供50 % 的电能，当一个单元故障停止运行时，另一个单元向负载提供100 % 的电能。

这种多电源系统冗余的供电方式，克服单电源系统存在的单点故障瓶颈，增加了供电系统可靠性。但是由于设备配置多、成本高，通常情况下效率比N+X系统低。

1.1 DR系统

DR是Distribution Redundancy的简称，意思是分布冗余。

由N（N≥3）个配置相同的供配电单元组成，N个单元同时工作。将负载均分为N组，每个供配电单元为本组负载和相邻负载供电，形成“手拉手”供电方式。

正常运行情况下，每个供配电单元的负荷率为66%。当一个供配电系统发生故障，其对应负载由相邻供配电单元继续供电。

1.3 RR系统

RR是Reserve Redundancy的简称，意思是后备冗余。

由多个供配电单元组成，其中一个单元作为其它运行单元的备用。当一个运行单元发生故障，通过电源切换装置，备用单元继续为负载供电。

2数据中心供配电系统组成

这里我们说的“数据中心供配电系统”是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统，将主要包括市电引入、变电站、高压配电设备——高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统、输入低压配电系统、不间断电源系统、列头柜/母线槽配电系统和机架配电系统。

2.1高压变配电系统

主要是将市电通过该变压器转换成380V，供后级低压设备用电。常规情况下，数据中心主要采用市电配电，一般可靠性要求数据中心引入两路市电电源，每一路市电电源的供电容量，都需要满足数据中心的全部电力需求，两路电源负荷设备输入端自动切换，正常时同时供电运行。

2.2柴油发电机系统

主要用作后备电源，一旦市电失电，迅速启动为后级低压设备提供备用电源。

2.3自动转换开关系统

主要是自动完成市电与市电或市电与柴油发电机之间的备用切换。

2.4输入低压配电系统

主要作用是电能分配，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给各种类型的用电设备，如UPS、空调、照明设备等。

2.5不间断电源系统

不间断电源UPS，是一种将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电（交流电）的系统设备。主要作用是电能净化、电能后备，为IT负载提供纯净、可靠的用电保护。在数据中心，UPS一般采用一用一备容错配置，且任何一路都可以带起整个核心负载。

2.6列头柜/小母线系统

主要作用是将UPS输出电能的进行分配，将电能按照要求与标准分配给各种类型的IT设备。

2.7机架配电系统

主要作用是机架内的电能分配，通常是采用PDU来实现机架内服务器等IT设备的电能分配。

3安科瑞为数据中心供配电提供整体解决方案

3.1方案组成

安科瑞电气紧跟数据中心发展形式，推出数据中心AcrelEMS-IDC综合能效解决方案，集成了变配电监测、电源备自投、电气接点测温、智能照明控制、电能质量监测及治理、蓄电池在线监测、列头柜监控、智能母线监控以及消防监控等多种子系统功能，能够帮助用户实时掌握数据中心的运行情况，保障数据中心安全可靠的运行，辅助运维团队提升数据中心能效、资源利用率和可用性，提高运维效率并降低。

3.2功能介绍

1）系统主页 

展示当前数据中心总能耗，动力能耗，空调能耗，及其他能耗并且计算出当前数据中心实时PUE值，通过仪表盘形式直观展示。

2）变电站综自

对数据中心变电站实时监控，并在一次图显示配电系统当前遥测、遥信数据和状态。

在变配电过程中的各场景，安科瑞可以提供各类硬件产品。如AM系列微机保护装置、APView电能质量在线监测装置、APF&SVG电能质量治理装置、ANDPF精密配电列头柜、ARCM电气火灾监控系统、ASL系列智能照明控制等产品。

3）电力监控

电力监控云平台针对供配电系统的特点，对35KV及以下供配电实施一体化的实时监控，对电网的安全运行提供现代化手段，可实现无人值守。

4）电能质量监测

电能质量在线监测，可以监测电流和电压谐波畸变率、电压暂升暂降暂中断等暂态事件记录、ITIC容忍曲线等。

5）分布式光伏

对逆变器运行和电站进行监测，对电站发电进行统计和分析。

6）UPS监测

系统采集UPS输入、输出端和旁路三相电压、电流、有功功率、功率因数频率，同时监测UPS温度、蓄电池电压、当前负载下的剩余时间等数据。

7）蓄电池监测

展示单体电池电压、内阻和温度，预测电池带载时剩余时间，每节电池数据均可以设置异常报警，及时发现蓄电池异常。

8）列头柜监测

系统可以展示精密配电柜内进线和馈线回路电气参数，包括电流电压功率电能以及开关状态，并可以对数据进行报警设置和分级，数据取自精密配电柜测量模块。

9）母线槽监测

系统可以展示智能小母线的始端箱和插接箱电气参数，包括电流电压、开关状态、插接点温度，并对数据进行报警设置和分级。

10）能源分布

通过平面图显示数据中心能源分布，设备分布情况，并显示设备能耗数据，点击平面图上设备可以进入具体设备监控界面。

11）能耗分析

显示电能消耗日/月/年报表，并可对具体回路选择曲线图、饼图进行展示。对数据中心用电数据进行同比、环比分析比较，查看用电趋势。

12）环境监测

监测数据中心温湿度、开关门、水浸、烟雾、噪声、气体浓度状态等参数。曲线图直观明了，同时支持历史数据查询。

13）空调监测

系统可监测精密空调的回风温湿度，出回水温度，并可以设定精密空调的温湿度，达到更好的控制效果。

14） 智能照明

用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能化控制。

       15）电气安全

电气接点温度实时监测，断路器触头、触臂、母排和线缆连接等位置安装无线测温传感器监测接点温度，便于提前发现温度异常导致的事故。

16）消防监控

智慧消防管理云平台是在智慧安全用的基础上，增加了火报系统，智慧烟感和智慧消防用水等设备和系统。实现火灾预防、火情报警和联动控制等功能。

17）故障报警

报警事件分为四级，通过列表显示各类报警事件数量，通过柱状图显示逐日报警数量，提供报警总数以及增长趋势。

18）运维管理

运维管理功能，可针对数据中心各主要设备进行巡检派工，消缺，抢修等维护工作。

3.3典型硬件

下图为安科瑞AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统的系统拓扑图，按照能源的流向、电压等级的变化，数据中心的供配电从市电引入后，需要经过用户变电站、中高压配电室、柴发室、低压配电室、电池室等场景、最后能源流向数据机房给IT设备进行供电。

整个供配电场景中可以用到安科瑞的相关产品如下：

5结语

数据中心建设正朝着规模化、科学化、集中化、绿色化方向发展，在此背景下安科瑞希望能够如何通过AcrelEMS-IDC综合能效管理系统帮助数据中心建设者管理者保障数据中心的稳定、安全、持续运行。

参考文献

[1]李庆杰,许志红.封闭式母线槽温湿度智能检测系统[J]低压电器，2012,12. 

[2]方黎明.基于物联网技术的新一代智能母线系统[J].电气智能化,2019(05):89-91.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.