安(ān)科瑞 劉邁(mài)

　　摘要(yào)：數(shù)字(zì)經濟時代(dài)，隨著(zhuó)5G，物(wù)聯(lián)網(wǎng)，工(gōng)業互(hù)聯(lián)網的推廣應(yīng)用，帶來(lái)數據指數級增長，大(dà)量(liáng)數(shù)據都(dū)將進入數(shù)據(jù)機房(fáng)進(jìn)行(háng)集中處理，這對數(shù)據(jù)中(zhōng)心都提出(chū)了(liǎo)更新更(gēng)高的要求(qiú)。麵對(duì)數據中心高密化(huà)，規模(mó)化的發展，供(gōng)電係(xì)統作為數據中心的“心髒(zàng)"，為滿足(zú)數據中心的(dí)增長(cháng)，以(yǐ)及綠色能源的發展(zhǎn)趨勢(shì)，在建設(shè)中(zhōng)不僅要保障供電的(dí)安全(quán)性，更(gēng)要(yào)對供電(diàn)係統(tǒng)進行(háng)技(jì)術(shù)創新，為客戶創(chuàng)造更(gēng)大價(jià)值。結合相(xiāng)關(guān)技術(shù)及(jí)規範(fàn)，創(chuàng)新數(shù)據(jù)中(zhōng)心配(pèi)電(diàn)方(fāng)案，為數據中(zhōng)心(xīn)供電(diàn)係統的(dí)設計提供(gōng)思(sī)路。

　　關(guān)鍵詞(cí)：數(shù)據中(zhōng)心(xīn)電力模塊智(zhì)能鋰電

　　1概(gài)述

　　隨著互(hù)聯網數(shù)據業(yè)務(wù)的發(fā)展(zhǎn)，短(duǎn)時間內快速爆(bào)發(fā)成為其發展特(tè)征，如(rú)抖音單季度(dù)用(yòng)戶(hù)數新增(zēng)近(jìn)2億，這種情況下，客戶對(duì)於數(shù)據中(zhōng)心交(jiāo)付周期要求(qiú)在1年或(huò)者(zhě)更短(duǎn)。在(zài)這種情(qíng)況下(xià)下，傳(chuán)統數(shù)據(jù)中心的(dí)建設方式，很難(nán)更上(shàng)業(yè)務的(dí)發展。

　　芯片，服務器等(děng)設(shè)備(bèi)算力和功(gōng)耗(hào)持續(xù)提升，未來幾年(nián)單(dān)機(jī)櫃(guì)功率(shuài)密度也將(jiāng)從6~8kW向(xiàng)12~15kW演(yǎn)進。同(tóng)時(shí)，未來(lái)雲(yún)數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)將成為主要場(cháng)景，預計到(dào)2025年占比將超(chāo)過(guò)70%，麵(miàn)對雲計(jì)算(suàn)業(yè)務帶來(lái)的數據量(liáng)和(hé)計算量的(dí)爆(bào)發式增長(cháng)，在(zài)數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)資源(yuán)尤其是一綫(xiàn)城(chéng)市(shì)資源(yuán)日趨緊張的(dí)情(qíng)況下(xià)，隻有通過提高機(jī)房單位麵(miàn)積內(nèi)的算力(lì)，存儲以及(jí)傳(chuán)輸能力，才能*大(dà)程度(dù)發揮數據中心的(dí)價(jià)值。另(lìng)一方麵，隨(suí)著(zhuó)AI，超(chāo)算等(děng)技術和(hé)應用的發展，人工智能(néng)計(jì)算中心，超(chāo)算中(zhōng)心等也(yě)將(jiāng)迎(yíng)來建(jiàn)設(shè)高潮，推(tuī)動(dòng)數據中心的快速(sù)發展。

　　預(yù)製化(huà)和模塊化(huà)是將是數據中心未來(lái)發展的(dí)一(yī)個方(fāng)向(xiàng)。與(yǔ)目前廣(guǎng)泛(fàn)使(shǐ)用的微模(mó)塊(kuài)相(xiāng)同(tóng)，采用模塊化設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)供(gōng)配電分解(jiě)成多個預製化(huà)結(jié)構在進行預製組(zǔ)裝供配電(diàn)係統，標準化生產，將(jiāng)復(fù)雜的工程(chéng)變成(chéng)統(tǒng)一的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)供配電係統(tǒng)的快(kuài)速部署(shǔ)。

　　2數據(jù)機(jī)房供(gōng)配電方案

　　2.1項(xiàng)目概況(kuàng)

　　某項(xiàng)目數據中心(xīn)機房規(guī)劃麵積(jī)約600m2，參(cān)考(kǎo)GB50174-2017《電子(zǐ)信(xìn)息係統機房設計規範》B級(jí)機房進行規(guī)劃，功能(néng)區域包括(kuò)主機(jī)房(fáng)（設備機房，電力機(jī)房），管理區(qū)（辦公(gōng)室，互(hù)聯(lián)網設(shè)備(bèi)間(jiān)等）和輔(fǔ)助用(yòng)房。單機櫃功(gōng)率不4kW，初步(bù)規劃機(jī)櫃(guì)數量(liáng)不少於150台，滿足(zú)公(gōng)司未(wèi)來3~5年的發(fā)展使(shǐ)用需(xū)求。

　　2.2數據中心(xīn)供電(diàn)係統(tǒng)建(jiàn)設方案

　　2.2.1高低(dī)壓(yā)建設方案

　　數據機(jī)房的負(fù)荷一般由一級(jí)負荷，二級負荷和三(sān)級(jí)負荷組成，根據建築，空調，給排(pái)水(shuǐ)等專(zhuān)業(yè)提出(chū)的用電需求(qiú)初步估算，主(zhǔ)要(yào)負荷(hé)情(qíng)況統計(jì)如表1所示。

表1變壓器(qì)用電負荷(hé)測(cè)算

　　根據(jù)以上的(dí)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及(jí)計算(suàn)結果，本項目(mù)建議設備(bèi)選型(xíng)及(jí)配(pèi)置如(rú)下：

　　變壓(yā)器：1000kVA，1+1配(pèi)置(zhì)。每(měi)台(tái)變(biàn)壓器正常負荷(hé)率(shuài)不大(dà)於(yú)50%，當(dāng)一(yī)台變壓器故(gù)障時(shí)，另(lìng)一台(tái)變壓器(qì)帶(dài)起全部負(fù)荷(hé)。

　　2.2.2係統建(jiàn)設(shè)方(fāng)案

　　數據中(zhōng)心IT設(shè)備和核心通(tōng)信(xìn)設備(bèi)主(zhǔ)要(yào)采(cǎi)用(yòng)UPS供(gōng)電。供電方(fāng)式(shì)采(cǎi)用(yòng)2N架(jià)構的(dí)UPS供電方式。根據(jù)不(bù)同用(yòng)電設備的(dí)用電安全等(děng)級(jí)，建設(shè)標準及(jí)用電特點(diǎn)等因素，本數據(jù)中(zhōng)心(xīn)UPS供(gōng)電係(xì)統(tǒng)考(kǎo)慮采(cǎi)用高頻模塊化(huà)UPS設備(bèi)，UPS係(xì)統(tǒng)按照(zhào)2N冗餘(yú)方式(shì)配(pèi)置，整體(tǐ)係(xì)統(tǒng)後(hòu)備(bèi)時間按係統(tǒng)延時30min考慮（單(dān)邊15min）。UPS容(róng)量計算：確(què)定UPS係統(tǒng)的(dí)基本(běn)容(róng)量時(shí)應留(liú)有餘(yú)量，UPS係(xì)統的基本容(róng)量可按下式計算。

　　E≥P*1.2

　　式(shì)中：E—UPS係統的基本容量(liáng)(不(bù)包含備(bèi)份(fèn)不間斷(duàn)電(diàn)源設(shè)備kW/kVA）P—IT設(shè)備(bèi)的(dí)計(jì)算(suàn)負荷(hé)（kW/kVA）。

　　本項目共計(jì)劃建設IT機櫃150架，單櫃功耗平均(jūn)4kW，網(wǎng)絡機(jī)櫃11架，單(dān)櫃功耗1kW，數據(jù)中心機(jī)櫃總功耗(hào)為：

　　考慮同(tóng)時係數0.85，有功(gōng)功(gōng)率(shuài)：P=（150*4+11*1）*0.85＝520（kW），則視在(zài)功(gōng)率：S=1.2*520/0.95=656kVA本項(xiàng)目采用(yòng)2N配(pèi)置，每(měi)套(tào)係統配置2台500kVA模(mó)塊化UPS，每台配置(zhì)400kVA，預留模塊空(kōng)間，便於後期(qī)擴容(róng)及(jí)維護(hù)。

　　2套1000kVAUPS係統（共4台，模塊配(pèi)置(zhì)400kVA/台）采用(yòng)2N架構(gòu)，組成A，B路雙母綫係統(tǒng)，每組(zǔ)為2套(tào)500kVA並(bìng)機(jī)，共(gòng)需4台500kVA模塊化UPS。IT設備供(gōng)電(diàn)采用雙(shuāng)路(lù)UPS供(gōng)電(diàn)方式。本(běn)期配置(zhì)2套2×500kVA並機UPS，組成A，B路雙母綫係(xì)統
；正常(cháng)運行時(shí)雙(shuāng)母綫UPS係(xì)統均(jūn)匀分配(pèi)供電負(fù)荷，當其(qí)中一(yī)套UPS係統故(gù)障或檢修時(shí)，由(yóu)另外一(yī)套係統(tǒng)承(chéng)擔所(suǒ)有負荷(hé)。

　　2.2.3低(dī)壓配電係統建設(shè)方案

　　本(běn)工(gōng)程采(cǎi)用(yòng)電力模塊(kuài)方案(àn)，一(yī)體化(huà)集成(chéng)從中(zhōng)壓變(biàn)壓器到負(fù)載饋綫端的(dí)全功率(shuài)鏈(liàn)路(lù)，包(bāo)含(hán)中(zhōng)壓(yā)變(biàn)壓器，低壓(yā)配(pèi)電櫃(guì)，無功功(gōng)率(shuài)補償櫃(guì)，模(mó)塊化(huà)UPS及饋(kuì)綫櫃等，低(dī)壓設備采(cǎi)用(yòng)工廠(chǎng)預製化(huà)成套設(shè)備(bèi)。本(běn)工(gōng)程(chéng)配(pèi)置2套1250kVA預製化(huà)電(diàn)力模塊(kuài)係統(tǒng)，每套係(xì)統(tǒng)配置1套(tào)SCB131000kVA變壓器(qì)，2000A進綫櫃，1200A母聯(lián)櫃(guì)，200kVAR無功功率，2台(tái)500kVA模塊(kuài)化(huà)UPS，1台(tái)維修旁路櫃(guì)，1台(tái)IT饋綫(xiàn)櫃，1台動力(lì)饋綫櫃，電力模塊配(pèi)置如(rú)圖(tú)1所示。

　　2.2.4智(zhì)能(néng)鋰(lǐ)電建(jiàn)設方(fāng)案

圖(tú)1電力模塊(kuài)

　　鉛酸電池在通信(xìn)行業(yè)領域數(shù)十(shí)年(nián)來長期占主(zhǔ)要(yào)地(dì)位。但(dàn)鉛酸電池(chí)循(xún)環壽(shòu)命短，占(zhān)地大，對(duì)機(jī)房承重要(yào)求高，生產(chǎn)製(zhì)造過(guò)程容易(yì)造(zào)成(chéng)環境汙染，各(gè)國的鉛(qiān)酸(suān)電(diàn)池(chí)發(fā)展都趨(qū)於。而(ér)鋰(lǐ)電(diàn)池(chí)天(tiān)然(rán)具(jù)有(yǒu)能量(liáng)密(mì)度高(gāo)，占(zhān)地(dì)小，長循環壽命(mìng)等鉛(qiān)酸不(bù)具備(bèi)的優勢(shì)。鉛酸電(diàn)池與鋰(lǐ)電池對(duì)比如表2所(suǒ)示(shì)。

表2鉛(qiān)酸(suān)電池與(yǔ)鋰電(diàn)池對(duì)比

　　綜上比較，蓄電(diàn)池(chí)方(fāng)案建(jiàn)議(yì)采(cǎi)用(yòng)磷(lín)酸鐵鋰(lǐ)電(diàn)池。

　　IT電(diàn)池(chí)計(jì)算書(shū)（滿(mǎn)載）如表(biǎo)3所(suǒ)示(shì)。

表3鋰電池容(róng)量(liáng)測算

　　因此UPS單(dān)機(jī)滿載條(tiáo)件下(xià)，建(jiàn)議每(měi)台UPS帶(dài)1台滿配鋰(lǐ)電櫃(guì)（儲能(néng)模塊(kuài)7+7）,1台半櫃(guì)鋰電(diàn)池(chí)櫃（儲能(néng)模(mó)塊7+0）
；IT設(shè)備供(gōng)電(diàn)所(suǒ)需鋰電池櫃(guì)體總(zǒng)數為(wéi)8櫃(guì)，能滿(mǎn)足(zú)係統備(bèi)電30分鐘，同(tóng)時支持(chí)後續擴容。

　　2.3電力模塊(kuài)的優(yōu)勢

　　可(kě)靠(kào)美(měi)觀(guān)：電(diàn)力模塊(kuài)采用預製化智能(néng)配電成套設備(bèi)，在模(mó)塊(kuài)化(huà)，標準(zhǔn)化的(dí)基礎(chǔ)上(shàng)，將(jiāng)供(gōng)配(pèi)電係統，饋電係統，監(jiān)控管(guǎn)理係統等(děng)集(jí)成在(zài)一(yī)起(qǐ)，所(suǒ)有(yǒu)單元提供2N冗餘(yú)配置，提升係統安全(quán)可(kě)靠性(xìng)，保證(zhèng)係統(tǒng)外觀(guān)和(hé)結(jié)構(gòu)的一致性(xìng)。節省空間：相(xiāng)較於傳統(tǒng)的UPS係(xì)統(tǒng)，集(jí)中式設計(jì)，使(shǐ)整體(tǐ)結構緊湊，配(pèi)電櫃數量減少(shǎo)，空間節省(shěng)1倍以(yǐ)上(shàng)，且電(diàn)力模(mó)塊采用(yòng)母(mǔ)綫連(lián)接，節約(yuē)了大量(liáng)的(dí)走綫空間(jiān)。節(jié)約(yuē)用(yòng)電：配電(diàn)櫃(guì)數(shù)量減少(shǎo)縮(suō)短(duǎn)了(liǎo)鏈(liàn)路，全鏈路(lù)效(xiào)率達(dá)97.8%，可有(yǒu)效(xiào)降(jiàng)低電能(néng)損耗。以(yǐ)12MW數據中心為例，采用電(diàn)力(lì)模塊每年電費可(kě)節(jié)省(shěng)接近(jìn)200萬。

　　縮短(duǎn)周期(qī)：交付周(zhōu)期從2月縮短(duǎn)至(zhì)2周(zhōu)。傳統(tǒng)供電方案需(xū)現場連接銅排和綫(xiàn)纜(lǎn)，工(gōng)程(chéng)質量風險(xiǎn)大，周期長，需要2月才能(néng)完(wán)成交付，電力模塊內部(bù)連接采用預(yù)製廊(láng)橋式(shì)母排，且(qiě)在工廠完成預製(zhì)和(hé)調測(cè)，現(xiàn)場施(shī)工(gōng)2周(zhōu)即可完成，有(yǒu)助於(yú)客(kè)戶業務快速上(shàng)綫。

　　3安科瑞(ruì)蓄電池(chí)監測係統介紹設(shè)備選(xuǎn)型

　　3.1蓄電池(chí)組

　　蓄(xù)電池組(zǔ)通(tōng)常作(zuò)為(wéi)UPS電源(yuán)的補(bǔ)充，用於提供(gōng)更長時(shí)間(jiān)的(dí)應(yīng)急電源，以便(biàn)在柴(chái)油發電機(jī)組無(wú)法提(tí)供(gōng)電力時(shí)，為(wéi)數據中(zhōng)心(xīn)提供(gōng)電力(lì)支持。

　　3.2蓄(xù)電(diàn)池(chí)組(zǔ)分(fēn)類

　　數(shù)據(jù)中心目前常(cháng)用的(dí)蓄電(diàn)池有鉛(qiān)酸(suān)電(diàn)池(chí)，鎳(niè)鎘電池，鋰電(diàn)池等(děng)。其(qí)中(zhōng)，鉛酸電池(chí)是較(jiào)早應(yīng)用於(yú)數(shù)據中心的(dí)儲(chǔ)能電池(chí)之一，它具(jù)有成(chéng)本低，維護簡單(dān)，環境汙染小(xiǎo)等優點(diǎn)，但其能(néng)量密度較低，壽(shòu)命(mìng)較(jiào)短，容量(liáng)較(jiào)小等缺(quē)點(diǎn)。鎳鎘電池(chí)雖然(rán)能(néng)量密(mì)度(dù)較高，但其存在著(zhuó)容(róng)量(liáng)限(xiàn)製，自放(fàng)電率高(gāo)，溫度性(xìng)能(néng)差(chà)等缺點(diǎn)，因此(cǐ)在(zài)數據中心(xīn)的應(yīng)用已經逐(zhú)漸被(bèi)鋰(lǐ)電池所(suǒ)取(qǔ)代(dài)。在選擇蓄(xù)電(diàn)池(chí)組時(shí)，需要(yào)根(gēn)據(jù)應用(yòng)場(cháng)景(jǐng)的(dí)要求和(hé)預(yù)算來(lái)選擇(zé)適合的蓄電池類型。

　　3.3蓄(xù)電池組(zǔ)一(yī)次(cì)接(jiē)綫(xiàn)圖(tú)

　　數據(jù)中心(xīn)中的(dí)蓄電(diàn)池(chí)通常采用一(yī)定數(shù)量(liáng)的(dí)電池串聯(lián)組(zǔ)成電(diàn)池組(zǔ)，並通過電綫(xiàn)連接到(dào)UPS電源(yuán)係(xì)統(tǒng)中(zhōng)。接(jiē)綫應遵(zūn)循(xún)安全可(kě)靠(kào)的(dí)原則，以(yǐ)確保(bǎo)電池組的正(zhèng)常運(yùn)行(háng)和使(shǐ)用(yòng)壽命。當(dāng)主電(diàn)源(yuán)發生故障或(huò)停電(diàn)時，UPS電源係(xì)統將自(zì)動(dòng)切換到蓄(xù)電(diàn)池(chí)備用(yòng)電源狀(zhuàng)態(tài)，以確保係統(tǒng)的持續運行(háng)。

　　3.4蓄電(diàn)池組(zǔ)監控需求及主(zhǔ)要(yào)設備選型

　　蓄電(diàn)池組在(zài)數據中(zhōng)心UPS電源係統中發(fā)揮著(zhuó)重要作用，因(yīn)此需(xū)要(yào)對(duì)其進行監控，以確保其正(zhèng)常工作和(hé)延(yán)長(cháng)使用(yòng)壽(shòu)命(mìng)。以下是蓄電池(chí)組(zǔ)監控的一些(xiē)常見(jiàn)需求(qiú)：

　　電池組(zǔ)狀(zhuàng)態(tài)監測：包(bāo)括電(diàn)壓，電流，溫(wēn)度，容(róng)量(liáng)等參數的監(jiān)測(cè)，以實(shí)時了解(jiě)電池(chí)組的運(yùn)行狀(zhuàng)況。

　　電(diàn)池組(zǔ)剩(shèng)餘(yú)壽命預測：通過監測(cè)電池組(zǔ)的工(gōng)作(zuò)狀(zhuàng)態和(hé)壽命指標，預測電(diàn)池組的(dí)剩餘壽(shòu)命，提(tí)前(qián)進行(háng)維(wéi)護(hù)和更換，避免電(diàn)池組(zǔ)失(shī)效(xiào)導(dǎo)致(zhì)UPS電(diàn)源(yuán)係(xì)統(tǒng)失效。

　　自動測試(shì)和巡(xún)檢：定(dìng)期對(duì)電(diàn)池組(zǔ)進(jìn)行自動測試和(hé)巡(xún)檢(jiǎn)，以(yǐ)發現(xiàn)潛在(zài)的故障和異常情況，及時(shí)處(chǔ)理。

　　報(bào)警(jǐng)和預警功(gōng)能(néng)：當(dāng)電池組發生(shēng)異(yì)常或(huò)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)報(bào)警和預警(jǐng)的方(fāng)式通知運維(wéi)人員及時處(chǔ)理，避免(miǎn)事故(gù)的發(fā)生。

　　數(shù)據分(fēn)析和記(jì)錄(lù)：通過對電池(chí)組數據進行分析(xī)和記(jì)錄(lù)，可以(yǐ)了解(jiě)電池組的歷史運(yùn)行情況，為(wéi)優(yōu)化管(guǎn)理和維護(hù)提(tí)供數據支(zhī)持(chí)。

　　蓄(xù)電池監測主要(yào)由(yóu)S模塊，C模(mó)塊及(jí)HS采集器(qì)組成。

3.5產品選(xuǎn)型(xíng)

　　4結束語(yǔ)

　　大數據時(shí)代(dài)的(dí)到(dào)來(lái)，數據中(zhōng)心(xīn)建設越來越多，交付(fù)周期越來(lái)越(yuè)短，建設要求越來越高，數據機(jī)房的高低(dī)壓供(gōng)配(pèi)電(diàn)係(xì)統(tǒng)也(yě)隨(suí)之進化，深度融合的(dí)道路還在(zài)進一步(bù)探索，而(ér)電力模(mó)塊的(dí)創新使(shǐ)用，憑(píng)借其低(dī)耗(hào)能，占點小(xiǎo)，交(jiāo)付周期(qī)短，運維(wéi)便(biàn)利(lì)等優(yōu)勢，提升了(liǎo)數(shù)據(jù)機房(fáng)的得櫃率，降(jiàng)低(dī)了數(shù)據中(zhōng)心能耗，加快(kuài)了數據中心的交付使(shǐ)用，在(zài)數(shù)據(jù)中心(xīn)，核(hé)心網機(jī)房等(děng)綠色化轉型(xíng)提(tí)供助(zhù)力(lì)，有力服務數(shù)字經濟發展(zhǎn)。

　　【參考文獻】

　　【1】趙建(jiàn)泉,張(zhāng)翠霞,劉(liú)凱旋.淺談(tán)電力(lì)模塊(kuài)在(zài)數(shù)據機(jī)房(fáng)中(zhōng)的(dí)應用(yòng).［Ｊ］.電工(gōng)技術(shù)，2022（15）：164-167.

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