數(shù)據(jù)中心機房末端配電技術與應用

安科瑞 劉秋霞

摘要：隨著云計算、虛擬化信息技術的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)也得到了快速發(fā)展，海量數(shù)據(jù)爆發(fā)，作為數(shù)據(jù)中心的載體，機房末端配電的可靠性、穩(wěn)定性和可維護性直接關系到IT設備的安全供電。數(shù)據(jù)中心的末端配電技術主要有兩種，一種采用列頭柜加電纜配電，另一種是智能小母線配電。列頭柜的需求也在不斷增加。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心；末端配電；列頭柜

1、概述

數(shù)據(jù)中心是國家確定的“新基建"七大領域之一。數(shù)據(jù)中心在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中所起的作用越來越重要，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為了各行各業(yè)的關鍵基礎設施，為經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級提供了重要支撐。數(shù)據(jù)中心要實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定運行，前提是其供電系統(tǒng)應穩(wěn)定可靠、不間斷。當前，重要程度較高的數(shù)據(jù)中心一般采用2N架構(gòu)的UPS供電方式，以實現(xiàn)容錯要求，供電系統(tǒng)包括高低壓配電、后備發(fā)電機組、不間斷電源、后備蓄電池、配電等子系統(tǒng)，典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)如圖1所示。從圖1可以看出，終的用電設備實現(xiàn)了全程雙路由容錯供電。

圖1 典型數(shù)據(jù)中心2N供電系統(tǒng)圖

2、末端配電

數(shù)據(jù)中心機房的末端配電一般是指從不間斷電源輸出柜到終用電設備的配電部分，終用電設備包括IT設備、動力設備和照明等。數(shù)據(jù)中心的末端配電較接近用電設備，是整個供配電系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，它的安全可靠十分重要。傳統(tǒng)的末端配電技術一般采用列頭柜加電纜配電，典型的配電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心典型配電系統(tǒng)圖

注：系統(tǒng)圖中的方框部分即為末端配電部分。

3、列頭柜配電技術探討

按照國家規(guī)范的要求，數(shù)據(jù)中心的基礎設施宜按容錯系統(tǒng)配置。當數(shù)據(jù)中心的末端配電采用列頭柜加電纜配電時，存在多種方案。以數(shù)據(jù)中心應用較多的封閉冷通道為例，配電方案主要有如下4種方案。

3.1 方案一

方案一如圖3所示。

每個封閉冷通道設置兩個列頭柜，分別位于每列的頭部，每個列頭柜由不同的UPS系統(tǒng)引出，即列頭柜A由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)A引出，列頭柜B由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)B引出。IT機柜的供電方式為：每個IT機 柜 內(nèi) 包 括 兩路PDU，PDU(A)和PDU(B)，其中PDU（A）通過 電纜由列頭柜A取電，PDU(B)通過電纜由列頭柜B取電。本供電方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了全程雙回路供電，無單點故障點，供電架構(gòu)清晰。缺點是IT機柜的供電需要跨列引電，布線有一定難度。

圖3 列頭柜雙柜配電方案

注：圖中僅示出了其中一列機柜的配電電纜，另一列機柜同理。

3.1 方案二

方案二的機柜布置和方案一相同，如圖3所示，但列頭柜的內(nèi)部配置和配電電纜的敷設不同。具體方案是：每個封閉冷通道也設置兩個列頭柜，列頭柜A和列頭柜 B，但每個列頭柜內(nèi)部又分為 A、B 兩路，每路由不同的 UPS系統(tǒng)引出，即列頭柜A和列頭柜B內(nèi)的A路由2N雙母線系統(tǒng)的UPS系統(tǒng)A引出，列頭柜A和列頭柜B內(nèi)的 B路由2N雙母線系統(tǒng)的 UPS系統(tǒng)B引出。IT機柜的供電方式是IT機柜的兩路PDU均來自于本列的列頭柜，其中PDU（A）來自于本列列頭柜中的 A路，PDU（B）來自于本列列頭柜中的B路；這種供電方式結(jié)構(gòu)清晰，但當列頭柜需要擴容、更換或移位時，后端IT機柜的割接難度和工作量較大。

3.3 方案三

方案三和方案二的不同之處僅在于IT機柜的取電方式不同，即IT機柜的兩路PDU分別來自于不同的列頭柜，且不同路，第①列的IT機柜的PDU（A）來自于列頭柜A 內(nèi)的A路，PDU（B）來自于列頭柜B內(nèi)的B路；第2列的IT機柜的PDU（A）來自于列頭柜B內(nèi)的A路，PDU（B）來自于列頭柜A內(nèi)的B路；這種供電方式保證了IT機柜的供電為全程雙路由，且不存在單點故障點，但布線比較復雜，現(xiàn)場接線容易發(fā)生錯誤，可能導致IT機柜由假雙路電源供電。

3.4 方案四

方案四如圖4所示。

圖 4 列頭柜單柜供電方案

每個封閉冷通道只設置1個列頭柜，位于其中一列的頭部，列頭柜內(nèi)部分為A、B兩路，分別由不同的UPS系統(tǒng)引出。IT機柜的兩路PDU分別由列頭柜內(nèi)的A路和B路取電。這種方案的優(yōu)點是只占用了一個機柜位置，節(jié)約了寶貴的機房空間資源。缺點是電纜需要跨列敷設，且當列頭柜需要維修、擴容、更換或移位時，將造成后端所有 IT機柜斷電。

3.5 列頭柜配電方案對比

對上述4種列頭柜配電方案進行對比，如表1所示。

綜合列頭柜的上述4種列頭柜配電方案的優(yōu)、缺點，建議采用配電方案一。

4、安科瑞提供的末端交直流監(jiān)控方案

針對數(shù)據(jù)中心配電柜的IT負載的不斷變化和快速發(fā)展，也提高了對于配電柜中監(jiān)測裝置要求，一套可集成各項參數(shù)測量監(jiān)控、且可充分滿足不斷增加的負載要求的監(jiān)控裝置，成了現(xiàn)代配電柜中的重要指標。安科瑞AMC配電監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個數(shù)據(jù)中心的電流分布和功率分布進行全方面的實時管理，多可實現(xiàn)4路進線、192路出線的電參數(shù)、進出線開關狀態(tài)、溫度、漏電流等全方面的監(jiān)測。且可根據(jù)用戶需求靈活增加、減少出線測量回路數(shù)。AMC配電系統(tǒng)采用了多回路監(jiān)控裝置，既可以測量進線側(cè)三相電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率，還可同時檢測出線的電流、有功功率、功率因數(shù)、電能數(shù)據(jù)等。

這樣合理地對整個配電單元的電氣參數(shù)進行實時監(jiān)控和記錄，尤其對其電力消耗有實時的了解。可以滿足用戶對于電能計量的要求，為全方面的能耗管理提供了硬件基礎，AMC配電監(jiān)控系統(tǒng)支持RS485和TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

5、產(chǎn)品證書

6、結(jié)束語

安科瑞列頭柜為網(wǎng)絡服務器等重要設備提供電力分配、安全保護、計量、運行管理與提供數(shù)據(jù)級接地等服務，用于供電可靠性要求較高的不間斷供電領域，以可靠合理的方式，計算每個用電負載的用電量，為數(shù)據(jù)中心的節(jié)能提供合理的依據(jù)。