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摘要：现代的数据中心中都包括大量的计算机。对于这种场所的电力供应，都要求供电系统必须在所有的时间都有效，扩容容易，维护简便，容错力强；最重要的是性价比高。本文对数据中心对供电系统规划设计、UPS设备系统模块化进行了介绍。
关键词：数据中心；基础设施；供电系统
数据中心是一整套复杂的设施，不仅包括计算机系统和其他与之配套的设备，还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。随着金融、互联网等行业的快速发展，数据中心得到快速发展，向着绿色化、模块化、集约化、集群化、安全化方向发展。这就需要为数据中心用电设备提供一套稳定、可靠和安全的供电系统，避免供电系统中断，数据中心瘫痪，造成巨大经济损失。
一、数据中心供电系统规划与方案的选择
为数据中心的关键负载配置供电系统，首先要有正确的科学的选用原则，并遵循科学规范的规划设计流程。长久以来，人们设计和建造供电系统时，把主要精力和关注的目标放在对优质设备UPS的选用上，却忽视对供电方案的分析研究，或者简单地套用已成型的供电系统方案，其结果是，系统选用的供电方案和设备可能是一流的，而建设结果却达不到设计预期的效果，甚至是一流的设备因系统设计的不完善而不能正常可靠地工作。
二、选择配置供电系统规划设计
在规划供电系统方案时首先要考虑的问题有：
①数据中心的定位和可用性要求；②数据中心的规模和供电容量；③电网环境和负载性质；④数据中心基础设施的可持续发展规划，包括数据中心资源或能力的利用与扩充、可扩展能力和改造的可行性；⑤投资成本与经济性；⑥能源效率要求。
规划设计供电系统时必须综合考虑以上要求，有的放矢地选用最佳的供电方案。
1、数据中心供电系统建设规模与容量。对供电系统的容量做规划设计时，要考虑可扩展性、适应性、可改造性能等，以保证数据中心的可持续发展能力。为了满足将来动态业务的需求，在规划设计阶段必须预测5-10年之后的电力需求。在方案确定、产品选型和设计上，都应具有一定的超前性并留有充裕的扩容空间，而且系统实施方案也应具有扩展性和灵活性。在数据中心规划设计初期，在数据中心规模、IT设备类型和数量、供电制冷方案和设备等重要因素还没有完全确定的情况下，就需要有一种正确的贴近实际情况的方法来估算用电容量。统计估算范围应包括：
①IT设备，包括消防、安全和监控系统；②供电设备的损耗，包括发电机、变压器、各种转换开关、各级配电、传输线缆、UPS系统等；③制冷系统，包括制冷、空调、温湿度调节、新风等设备；④安全与照明；⑤辅助设备。
（1）对关键负载供电容量的统计估算。关键负载是指构成IT业务架构的所有IT硬件组件，还包括相应的安全系统、消防和监控系统。首先，需要列出所有这些设备的标称额定功率，然后必须调整标称数据以反映预期的真实负载。在绝大多数情况下，标称功率远远高于实际的运行功率水平。著名工程咨询公司和电源制造商的研究显示，大多数IT设备的标称额定值超出实际运行负载33%。数据中心的负载不是一成不变的。建成后，在数据中心的生命周期内，IT设备将几乎一直处于一种不断变化的状态。IT更新至少3年一次循环，到时候会更换或添加新的、功能更强大或效率更高的设备。应该由IT组织对将来变化和升级的范围和时间做出切实的评估，这样可以正确规划最初确定的功率需求。
（2）UPS供电系统消耗的功率。对供电系统的能源消耗进行估算的前提是，首先要根据数据中心可用性要求，确定UPS供电系统可用性等级和相应的供电方案，然后对供电系统所有设备在实际运行时的工作效率做符合实际情况的估算。表列出了一个现代数据中心常用的2N或2(N+1)UPS供电系统主要设备和整个系统的效率的范围。
对于供配电系统的每个环节，可以根据目前和未来的负载情况进行扩展或调整，但是估算时，必须充分考虑已确定的初始负载和未来可能扩容的负载，或者供电方案本身可以在不影响IT客户的期望可用性的前提下增加功率容量。
（3）照明设施负载。照明设施负载包括数据中心的全部照明设施，是数据中心占地面积的函数。此类型负载的估算可采用下面的经验公式：2W/sq.ft或者21.5W/m2。
（4）制冷负载。制冷系统包括制冷、空调、温湿度调节。制冷在效率上有很大差别，不过可细分为冷冻水系统和直接膨胀系统。冷冻水系统的效率通常更高，功耗值通常为所支持总峰值负载的70%。直接膨胀系统需要大约所支持总峰值负载的100%。系数0.7和1.0是适用于气流组织较好的机房，如果气流组织不理想，冷热气流的混合会明显地增大制冷功率，此系数应改为1.0和1.3。
（5）估算电力电网系统的容量。估算电力电网的容量时，要在所需的总电力线路容量基础上乘以125%，以满足国家电气标准的要求。数据中心内负载的稳态功耗决定了用于计算电力成本的功耗。但是，为数据中心供电的电网和发电机电源不能按稳定状态值估算。这些电源必须按负载峰值功耗估算，再加上标准或工程惯例所规定的降额系数或裕度，这样会导致供电馈线和发电机的设计容量高于上面估算的范围。
（6）估算发电机备用电力系统的容量。首先要注意假设数据中心是柴油发电机的唯一负载，主供电电网故障后上面估算总容量都要通过转换开关转移到发电机上。再者还必须考虑这些负载的电力特性，例如，制冷系统负载需要高启动电流，UPS可能会将超前功率因数施加到发电机上，这些都会影响发电机提供所需电力容量的能力，而且它还可能导致发电机出故障。
2、数据中心供电系统规划设计流程
数据中心对基础设施的设计建造很多还停留在手工行业阶段：将来自不同供应商的类型迥异的设备进行定制化设计，组合成一个数据中心需要的独特的大型供电系统。简单地定制连接和组建以便使之运转，其结果是增加系统复杂性和人为错误的发生率。就目前情况来看，不科学的非规范化的规划设计主要表现在：凭主观臆断确定数据中心规模、预算、建造进度；在没有对所建数据中心的功能、技术可行性做充分论证的情况下首先从工程细节和设备采购入手，例如，我们要选用传统的带变压器输出的UPS，我们要配备2h的备用电池等。错误的开始给许多数据中心设计和建设项目带来巨大麻烦和高昂的代价，如何避免这些问题，关键是要严格遵守正确的规划设计程序。数据中心供电系统规划设计内容包括：
①需求目标：功率容量、预算范围、扩展计划、关键功能、总体效率、IT需要；②基础物理设施规划：可用性等级和相应的供电方案；③确定用户要求：选择性倾向、约束条件、预算、升级策略、可用性级别、效率和能源利用要求；④制定项目计划书：编制设计标书；⑤制定工程设计计划：编制详细的工程化的建筑设计资料。
3、模块机是UPS设备发展的必然趋势。在本文第Ⅱ章中讲到“系统模块化设计成为供电系统设计的基本原则”，模块化UPS是最高可用级别的模块化系统。它不仅具备了高频机结构、系统冗余容错设计、系统集成化架构的所有优势，它的可快速修复更是独有的特殊功能，因此，模块机已经成为UPS设备的最重要的发展趋势，将在第Ⅳ章专门介绍讨论模块化UPS。
数据中心已经有多年的历史，在这漫长的发展过程中，数据中心技术历经了翻天覆地的变化和进步。而能耗问题是最近几年才提出的，在此之前规划设计人员从来没有刻意的从系统的角度对节能降耗问题做过深入的研究，也可以说数据中心高能耗问题是采用传统设计理念和建造技术的必然后果。
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