微模塊數(shù)據(jù)中心的供配電設(shè)計(jì)探討

辛樹俊

摘要：現(xiàn)階段，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，漫長(zhǎng)的建設(shè)周期、巨大的能源消耗、復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)維護(hù)、持續(xù)的擴(kuò)容更新等問(wèn)題一直困擾著數(shù)據(jù)中心的建設(shè)者和運(yùn)營(yíng)者。為應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)形式也在不斷的發(fā)展、迭代、進(jìn)化。近幾年來(lái)，以騰訊、百度、阿里為代表的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，紛紛采用微模塊形式建設(shè)數(shù)據(jù)中心，使得微模塊數(shù)據(jù)中心成為目前互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)最主流的數(shù)據(jù)中心建設(shè)形式之一。本文擬探討微模塊數(shù)據(jù)中心對(duì)供配電系統(tǒng)的要求和供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：微模塊數(shù)據(jù);供配電設(shè)計(jì)

引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、視頻直播等互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，帶動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸、計(jì)算和存儲(chǔ)需求的較快增長(zhǎng)。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷增加及4G通信技術(shù)的應(yīng)用，人們隨時(shí)隨地進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)活動(dòng)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的需求越來(lái)越多，互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)空間越來(lái)越廣闊。IDC產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，而基于傳統(tǒng)電信產(chǎn)業(yè)建設(shè)模式的數(shù)據(jù)中心確存在選址困難、建設(shè)周期長(zhǎng)、總成本高、運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題，導(dǎo)致建設(shè)速度難以匹配業(yè)務(wù)發(fā)展的步伐。

1微模塊數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)組成

1.1供電模塊

在微模塊數(shù)據(jù)中心中需要多臺(tái)服務(wù)器與散熱設(shè)施，這些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)往往是采用電能驅(qū)動(dòng)的方式，這就要求微模塊數(shù)據(jù)中心需要具備供電模塊部分。供電模塊其中包括了不停電供電系統(tǒng)、機(jī)架配電、電池系統(tǒng)以及配電保護(hù)裝置等部分，其中部分模塊可以根據(jù)用戶不同的需求進(jìn)行變更，以便更加靈活的進(jìn)行微模塊數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運(yùn)維。

1.2制冷模塊

微模塊數(shù)據(jù)中心在其運(yùn)行之中會(huì)揮發(fā)出大量的熱量，這些熱量的主要來(lái)源是服務(wù)器之中的電子元件，但是當(dāng)期發(fā)生過(guò)熱情況時(shí)，將會(huì)發(fā)生電子元件性能下降甚至自動(dòng)斷電的情況，因此制冷模塊就成為了必須。在微模塊數(shù)據(jù)中心之中制冷模塊往往是由空調(diào)作為主要部分組成，其輔助的子系統(tǒng)還包括了管道系統(tǒng)以及冷氣配送設(shè)備等，在微模塊數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行之中，為了保證制冷的高效運(yùn)行，必須要采用水平送風(fēng)空調(diào)，從而保證冷氣與服務(wù)器直接接觸，提高制冷的效率，降低制冷所需要的能耗。

1.3機(jī)架模塊

機(jī)架模塊是微模塊數(shù)據(jù)中心組成的最基本部分，是所有組成模塊的支撐結(jié)構(gòu)。在這種包括了物理結(jié)構(gòu)、承重以及散熱導(dǎo)向系統(tǒng)等等，對(duì)于機(jī)架模塊其可以根據(jù)不同的微模塊數(shù)據(jù)中心具體需要進(jìn)行修改，更好滿足不同用戶的要求。

2微模塊數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微模塊數(shù)據(jù)中心的外市電、變配電、備用電源等系統(tǒng)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)基本一致，本文不做贅述，本文重點(diǎn)探討微模塊單體的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微模塊單體的供配電系統(tǒng)，對(duì)于IT設(shè)備和服務(wù)器而言，可以采用-48V直流、240V/336V高壓直流、UPS供電、市電等技術(shù)，需要明確目標(biāo)客戶未來(lái)的業(yè)務(wù)需求、主要IT設(shè)備的供電模式、保障等級(jí)，以及對(duì)可靠性/可用性、能源利用效率/PUE的要求等，來(lái)優(yōu)化配置供配電方式。

2.1明確微模塊供電模式

目前數(shù)據(jù)中心的供電模式，主要有市電直供、模塊化UPS供電、高壓直流供電等。微模塊內(nèi)的每個(gè)IT機(jī)柜均需2路電源供電，微模塊整體的供電系統(tǒng)2路電源可搭配選擇，可比較業(yè)務(wù)需求、保障等級(jí)、可靠性、可用性、節(jié)能等指標(biāo)并優(yōu)化配置。采用高壓直流供電系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)可靠性、可用性和供電系統(tǒng)效率、降低設(shè)備成本、改善系統(tǒng)配置、降低系統(tǒng)能源消耗。但高壓直流供電技術(shù)尚未大規(guī)模商用，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍有待產(chǎn)業(yè)鏈上下端多方協(xié)作來(lái)完善，使其與后端服務(wù)器和IT設(shè)備接口相匹配，并推出相應(yīng)的配電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。主流的供電技術(shù)仍以交流模塊化UPS為主。模塊化UPS采用并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊均具備完整的UPS功能，在可靠性、可維護(hù)性以及智能化方面具有優(yōu)良的性能。微模塊整體供電系統(tǒng)2N電源，可搭配為雙路市電直供、市電直供+模塊化UPS、雙路模塊化UPS、模塊化UPS+高壓直流、雙路高壓直流等。

2.2供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

市電、模塊化UPS等進(jìn)行搭配的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已經(jīng)非常成熟，本文不做贅述。僅以為IT設(shè)備提供雙路240V高壓直流配電、為列間空調(diào)提供雙路市電配電為例來(lái)做分析。微模塊所需外部電力由兩路低壓配電系統(tǒng)同時(shí)供電。兩路240V高壓直流電，正常工作時(shí)各帶載一半的IT負(fù)載，在任一路供電異常掉電，或者出現(xiàn)閃斷的情況下，應(yīng)確保各個(gè)系統(tǒng)供電不間斷。通常每套微模塊單體內(nèi)包含2套配電柜、2套240V整流柜、2套電池柜、若干個(gè)IT機(jī)柜、若干個(gè)弱電柜、若干臺(tái)列間空調(diào)。某微模塊數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，采用雙路240V高壓直流技術(shù)，微模塊單體供配電系統(tǒng)圖如圖1所示。從低壓配電室引入2路外市電（市電A路、市電B路）到微模塊機(jī)房，分別引入每一套微模塊單體內(nèi)的2套配電柜。在2套配電柜內(nèi)部分別設(shè)置ATS，在配電柜內(nèi)部實(shí)現(xiàn)2路外市電的切換，ATS切換裝置輸出設(shè)置為其中1路市電供電，當(dāng)該路市電停電后，自動(dòng)切換到另1路市電。這樣，每1套配電柜可為微模塊提供1路獨(dú)立的供配電系統(tǒng)，2個(gè)配電柜可為微模塊提供2路完全獨(dú)立、互為備份的供配電系統(tǒng)（甲路供電系統(tǒng)、乙路供電系統(tǒng)）。在甲路、乙路供電系統(tǒng)中，2路市電進(jìn)入直流整流柜內(nèi)后，經(jīng)高壓直流模塊整理成240V直流輸出，為IT機(jī)柜及直流設(shè)備供電。如果在微模塊內(nèi)，還存在部分IT設(shè)備（如交換機(jī)等），僅支持交流供電方式，可以在配電柜內(nèi)部配置一定數(shù)量的空開，在IT機(jī)柜內(nèi)配置一定數(shù)量的交流PDU，供這些交流設(shè)備使用。GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中，當(dāng)“柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源時(shí)”，A級(jí)數(shù)據(jù)中心“不間斷電源系統(tǒng)電池最少備用時(shí)間”為15min。微模塊單體內(nèi)部蓄電池容量的配置，在環(huán)境溫度25℃、放電終止電壓為204V時(shí)，考慮在IT系統(tǒng)滿載情況下，雙系統(tǒng)電池放電時(shí)間不低于30min。

2.3機(jī)架模塊

機(jī)架模塊是微模塊數(shù)據(jù)中心組成的最基本部分，是所有組成模塊的支撐結(jié)構(gòu)。在這種包括了物理結(jié)構(gòu)、承重以及散熱導(dǎo)向系統(tǒng)等等，對(duì)于機(jī)架模塊其可以根據(jù)不同的微模塊數(shù)據(jù)中心具體需要進(jìn)行修改，更好滿足不同用戶的要求。

結(jié)語(yǔ)

微模塊數(shù)據(jù)中心是當(dāng)前熱門的建設(shè)方式，本文對(duì)微模塊數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，希望能為更快更好地建設(shè)微模塊數(shù)據(jù)中心、支撐IDC業(yè)務(wù)快速發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn)

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