程瑜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：數(shù)字經(jīng)濟時代，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推廣應用，帶來數(shù)據(jù)指數(shù)級增長，大量數(shù)據(jù)都將進入數(shù)據(jù)機房進行集中處理，這對數(shù)據(jù)中心都提出了更新更高的要求。面對數(shù)據(jù)中心高密化、規(guī)模化的發(fā)展，供電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的“心臟”，為滿足數(shù)據(jù)中心的增長，以及綠色能源的發(fā)展趨勢，在建設中不僅要保障供電的安全性，更要對供電系統(tǒng)進行技術創(chuàng)新，為客戶創(chuàng)造更大價值。結(jié)合相關技術及規(guī)范，創(chuàng)新數(shù)據(jù)中心配電方案，為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的設計提供思路。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心電力模塊智能鋰電

1概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展，短時間內(nèi)快速爆發(fā)成為其發(fā)展特征，如抖音單季度用戶數(shù)新增近2億，這種情況下，客戶對于數(shù)據(jù)中心交付周期要求在1年或者更短。在這種情況下下，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設方式，很難更上業(yè)務的發(fā)展。

芯片、服務器等設備算力和功耗持續(xù)提升，未來幾年單機柜功率密度也將從6~8kW向12~15kW演進。同時，未來云數(shù)據(jù)中心將成為主要場景，預計到2025年占比將超過70%，面對云計算業(yè)務帶來的數(shù)據(jù)量和計算量的爆發(fā)式增長，在數(shù)據(jù)中心資源尤其是一線城市資源日趨緊張的情況下，只有通過提高機房單位面積內(nèi)的算力、存儲以及傳輸能力，才能*大程度發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的價值。另一方面，隨著AI、超算等技術和應用的發(fā)展，人工智能計算中心、超算中心等也將迎來建設高潮，推動數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展。

預制化和模塊化是將是數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展的一個方向。與目前廣泛使用的微模塊相同，采用模塊化設計將數(shù)據(jù)中心供配電分解成多個預制化結(jié)構(gòu)在進行預制組裝供配電系統(tǒng)，標準化生產(chǎn)，將復雜的工程變成統(tǒng)一的產(chǎn)品，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的快速部署。

2數(shù)據(jù)機房供配電方案

2.1項目概況

某項目數(shù)據(jù)中心機房規(guī)劃面積約600m2，參考GB50174-2017《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》B級機房進行規(guī)劃，功能區(qū)域包括主機房（設備機房、電力機房）、管理區(qū)（辦公室、互聯(lián)網(wǎng)設備間等）和輔助用房。單機柜功率不4kW，初步規(guī)劃機柜數(shù)量不少于150臺，滿足公司未來3~5年的發(fā)展使用需求。

2.2數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)建設方案

2.2.1高低壓建設方案

數(shù)據(jù)機房的負荷一般由一級負荷、二級負荷和三級負荷組成，根據(jù)建筑、空調(diào)、給排水等專業(yè)提出的用電需求初步估算，主要負荷情況統(tǒng)計如表1所示。

表1變壓器用電負荷測算

根據(jù)以上的負荷統(tǒng)計及計算結(jié)果，本項目建議設備選型及配置如下：

變壓器：1000kVA，1+1配置。每臺變壓器正常負荷率不大于50%，當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器帶起全部負荷。

2.2.2系統(tǒng)建設方案

數(shù)據(jù)中心IT設備和核心通信設備主要采用UPS供電。供電方式采用2N架構(gòu)的UPS供電方式。根據(jù)不同用電設備的用電安全等級、建設標準及用電特點等因素，本數(shù)據(jù)中心UPS供電系統(tǒng)考慮采用高頻模塊化UPS設備，UPS系統(tǒng)按照2N冗余方式配置，整體系統(tǒng)后備時間按系統(tǒng)延時30min考慮（單邊15min）。UPS容量計算：確定UPS系統(tǒng)的基本容量時應留有余量，UPS系統(tǒng)的基本容量可按下式計算。

E≥P*1.2

式中：E—UPS系統(tǒng)的基本容量(不包含備份不間斷電源設備kW/kVA）P—IT設備的計算負荷（kW/kVA）。

本項目共計劃建設IT機柜150架，單柜功耗平均4kW，網(wǎng)絡機柜11架，單柜功耗1kW，數(shù)據(jù)中心機柜總功耗為：

考慮同時系數(shù)0.85，有功功率：P=（150*4+11*1）*0.85＝520（kW），則視在功率：S=1.2*520/0.95=656kVA本項目采用2N配置，每套系統(tǒng)配置2臺500kVA模塊化UPS，每臺配置400kVA，預留模塊空間，便于后期擴容及維護。

2套1000kVAUPS系統(tǒng)（共4臺，模塊配置400kVA/臺）采用2N架構(gòu)，組成A、B路雙母線系統(tǒng)，每組為2套500kVA并機，共需4臺500kVA模塊化UPS。IT設備供電采用雙路UPS供電方式。本期配置2套2×500kVA并機UPS，組成A、B路雙母線系統(tǒng)；正常運行時雙母線UPS系統(tǒng)均勻分配供電負荷，當其中一套UPS系統(tǒng)故障或檢修時，由另外一套系統(tǒng)承擔所有負荷。

2.2.3低壓配電系統(tǒng)建設方案

本工程采用電力模塊方案，一體化集成從中壓變壓器到負載饋線端的全功率鏈路，包含中壓變壓器、低壓配電柜、無功功率補償柜、模塊化UPS及饋線柜等，低壓設備采用工廠預制化成套設備。本工程配置2套1250kVA預制化電力模塊系統(tǒng)，每套系統(tǒng)配置1套SCB131000kVA變壓器、2000A進線柜、1200A母聯(lián)柜、200kVAR無功功率、2臺500kVA模塊化UPS、1臺維修旁路柜、1臺IT饋線柜、1臺動力饋線柜，電力模塊配置如圖1所示。

2.2.4智能鋰電建設方案

圖1電力模塊

鉛酸電池在通信行業(yè)領域數(shù)十年來長期占主要地位。但鉛酸電池循環(huán)壽命短、占地大、對機房承重要求高，生產(chǎn)制造過程容易造成環(huán)境污染，各國的鉛酸電池發(fā)展都趨于萎縮。而鋰電池天然具有能量密度高、占地小、長循環(huán)壽命等鉛酸不具備的優(yōu)勢。鉛酸電池與鋰電池對比如表2所示。

表2鉛酸電池與鋰電池對比

綜上比較，蓄電池方案建議采用磷酸鐵鋰電池。

IT電池計算書（滿載）如表3所示。

表3鋰電池容量測算

因此UPS單機滿載條件下，建議每臺UPS帶1臺滿配鋰電柜（儲能模塊7+7）,1臺半柜鋰電池柜（儲能模塊7+0）；IT設備供電所需鋰電池柜體總數(shù)為8柜，能滿足系統(tǒng)備電30分鐘，同時支持后續(xù)擴容。

2.3電力模塊的優(yōu)勢

可靠美觀：電力模塊采用預制化智能配電成套設備，在模塊化、標準化的基礎上，將供配電系統(tǒng)、饋電系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)等集成在一起，所有單元提供2N冗余配置，提升系統(tǒng)安全可靠性，保證系統(tǒng)外觀和結(jié)構(gòu)的一致性。節(jié)省空間：相較于傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)，集中式設計，使整體結(jié)構(gòu)緊湊，配電柜數(shù)量減少，空間節(jié)省1倍以上，且電力模塊采用母線連接，節(jié)約了大量的走線空間。節(jié)約用電：配電柜數(shù)量減少縮短了鏈路，全鏈路效率達97.8%，可有效降低電能損耗。以12MW數(shù)據(jù)中心為例，采用電力模塊每年電費可節(jié)省接近200萬。

縮短周期：交付周期從2月縮短至2周。傳統(tǒng)供電方案需現(xiàn)場連接銅排和線纜，工程質(zhì)量風險大，周期長，需要2月才能完成交付，電力模塊內(nèi)部連接采用預制廊橋式母排，且在工廠完成預制和調(diào)測，現(xiàn)場施工2周即可完成，有助于客戶業(yè)務快速上線。

3安科瑞蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)介紹設備選型

3.1蓄電池組

蓄電池組通常作為UPS電源的補充，用于提供更長時間的應急電源，以便在柴油發(fā)電機組無法提供電力時，為數(shù)據(jù)中心提供電力支持。

3.2蓄電池組分類

數(shù)據(jù)中心目前常用的蓄電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰電池等。其中，鉛酸電池是較早應用于數(shù)據(jù)中心的儲能電池之一，它具有成本低、維護簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點，但其能量密度較低、壽命較短、容量較小等缺點。鎳鎘電池雖然能量密度較高，但其存在著容量限制、自放電率高、溫度性能差等缺點，因此在數(shù)據(jù)中心的應用已經(jīng)逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時，需要根據(jù)應用場景的要求和預算來選擇適合的蓄電池類型。

3.3蓄電池組一次接線圖

數(shù)據(jù)中心中的蓄電池通常采用一定數(shù)量的電池串聯(lián)組成電池組，并通過電線連接到UPS電源系統(tǒng)中。接線應遵循安全可靠的原則，以確保電池組的正常運行和使用壽命。當主電源發(fā)生故障或停電時，UPS電源系統(tǒng)將自動切換到蓄電池備用電源狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的持續(xù)運行。蓄電池組一次系統(tǒng)圖如圖所示。

圖2蓄電池組一次接線圖

3.4蓄電池組監(jiān)控需求及主要設備選型

蓄電池組在數(shù)據(jù)中心UPS電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，因此需要對其進行監(jiān)控，以確保其正常工作和延長使用壽命。以下是蓄電池組監(jiān)控的一些常見需求：

電池組狀態(tài)監(jiān)測：包括電壓、電流、溫度、容量等參數(shù)的監(jiān)測，以實時了解電池組的運行狀況。

電池組剩余壽命預測：通過監(jiān)測電池組的工作狀態(tài)和壽命指標，預測電池組的剩余壽命，提前進行維護和更換，避免電池組失效導致UPS電源系統(tǒng)失效。

自動測試和巡檢：定期對電池組進行自動測試和巡檢，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障和異常情況，及時處理。

報警和預警功能：當電池組發(fā)生異常或出現(xiàn)故障時，通過報警和預警的方式通知運維人員及時處理，避免事故的發(fā)生。

數(shù)據(jù)分析和記錄：通過對電池組數(shù)據(jù)進行分析和記錄，可以了解電池組的歷史運行情況，為優(yōu)化管理和維護提供數(shù)據(jù)支持。

蓄電池監(jiān)測主要由S模塊、C模塊及HS采集器組成。

3.5產(chǎn)品選型

	ABAT100-S-02	監(jiān)測一節(jié)2V電池，監(jiān)測電池電壓、內(nèi)阻與負極溫度。	單體電池的電壓、溫度及內(nèi)阻監(jiān)測-2V
單組電池監(jiān)測模塊		ABAT100-C	監(jiān)測一個充放電電流與一個環(huán)境溫度。	單組電池的電流及溫度監(jiān)測
觸摸顯示屏

4結(jié)束語

大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)中心建設越來越多，交付周期越來越短，建設要求越來越高，數(shù)據(jù)機房的高低壓供配電系統(tǒng)也隨之進化，深度融合的道路還在進一步探索，而電力模塊的創(chuàng)新使用，憑借其低耗能、占點小、交付周期短、運維便利等優(yōu)勢，提升了數(shù)據(jù)機房的得柜率，降低了數(shù)據(jù)中心能耗，加快了數(shù)據(jù)中心的交付使用，在數(shù)據(jù)中心、核心網(wǎng)機房等綠色化轉(zhuǎn)型提供助力，有力服務數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。

【參考文獻】

【1】趙建泉,張翠霞,劉凱旋.淺談電力模塊在數(shù)據(jù)機房中的應用.［Ｊ］.電工技術，2022（15）：164-167.

【2】王二超．數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)架構(gòu)及備用電源分析［Ｊ］．中國新通信，2021（39）：196-197.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版

審核編輯 黃宇