数据中心供配电解决方案及能效管理研究
陈龙
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陈龙,. 数据中心供配电解决方案及能效管理研究[J]. 数据与科学,2022.10. DOI:10.12721/ccn.2022.157094.
摘要:
随着数据中心机房能耗增加,越来越多的机房管理人员开始关注数据中心供配电的能效管理工作以及能源的营运成本。事实上,在当前的时代背景下,能否提供足够大的市电电源、以及能否提供能效足够高的空调系统,是目前亟需解决的重要课题,对建设大型数据中心机房有着直接影响。因此,本文将围绕数据中心供配电解决方案及能效管理展开详细分析与探究,以供相关人员参考。
关键词: 数据中心供配电解决方案能效管理
DOI:10.12721/ccn.2022.157094
基金资助:

1.供配电系统设计应遵循的原则

1.1经济实用性的原则

在供配电系统的整体设计中,首先需要考虑的是其经济实用性,尤其是要关注其投资成本、后期运行及维护费用,这是非常重要的一项因素,如果供配电系统在长时间使用后,需要花费较大的维护成本,则意味着电气系统的综合效益并不高。因此,在供配电系统设计过程中,务必要遵循经济实用性的原则,尽可能地减少投运后的维护费用,不断增强系统的整体经济效益。另外,对电器系统设计的优化也需要遵循这一原则,务必确保电气功能的正常发挥,以通风空调系统为例,在设计过程中应对场所的温湿度进行严格把控,确保相关数值在合适范围内,这样才能最大化地发挥通风空调系统的优势。

1.2可持续性发展原则

在新时期社会背景下,可持续发展是很多行业的首要目标,对于供配电系统设计而言也是如此,想要实现系统的可持续性,也必须要始终贯彻可持续发展的原则,即从大局角度出发,提出一个更科学合理、经济可靠的设计方案,进而增强供配电系统的经济性能。在具体的设计过程中,相关工作人员应对各环节进行仔细斟酌,加强对新技术、新工艺的有效应用,同时还要结合数据中心管理要求,明确机房等级,并以此为依据选择合适的供配电系统,充分发挥系统的可持续效应,进而增强较高技术的经济性能。

1.3节省能源损耗原则

就现阶段实际情况来看,节能是供配电系统设计中最为关键的内容,目的是为了减少不必要的能源消耗,提高电力系统的整体经济效益与社会效益。因此,在供配电系统设计过程中,还应当遵循节省能源损耗原则,设计人员需要挖出一些能量消耗较大的点,然后对它们进行详细分析,并制定针对性的节能方案,以便最大程度地减少电力系统的能源损耗。举例来说,变压器的功率损耗就属于无谓的能量消耗,在设计时就需要考虑这一点,并制定相应的节能方案;电能传输线路中的有功损耗也属于不必要的能源消耗,同样需要提高重视;另外,还有一些辐射区域较广的照明能量损耗,在设计时可以使用先进的调光技术来加以改进,从而使其能耗有效降低。

2.数据中心供配电解决方案及能效管理

2.1柴油发电机系统设计

其一,是柴油发电机台数的选择。在设计过程中应当根据《电子信息系统机房设计规范》和《数据中心通信基础设施标准》进行科学选取,前者强调柴油发电机储油时间需达到七十二小时,后者强调储油时间需达到九十六小时。由此可见,柴油发电机可能运行72h或96h,基于这个区间,所以柴油发电机也需要备份,并依据不同的分组进行配置,确保每组至少两台或三台,可互为备用或轮流备用。

其二,是柴油发电机电压的选择。想要达到良好的节能效应,应尽可能地选择低压发电机,如果采用中压柴油发电机,可能会带来较大的能源损耗。例如,在一台配电变压器检修时,由于大多数情况下需要耗费较长的检修时间,而故障发生的时机又是随机的,所以在检修期间就很有可能因为电压过大而引发严重的电力问题,这个时候就需要增设备用配电变压器来解决这一问题。而如果直接低压柴油发电机,就无须考虑这一问题,这是因为低压发电机单台容量受断流制约,可以直接与变压器组成“N+2”系统,就不需要增加配电变压器台数,这也是数据中心供配电能效管理的重要内容。

2.2供电系统设计

大型数据中心供电系统包含的内容非常多,其中市电电源系统非常关键,在对其进行设计的过程中,往往需要注意以下几点:(1)供电电源。通过相关调查了解可以得知,很多数据中心都采用35kV或10kV供电,这样有效降低能源损耗,两路电源时互为备用,三路电源时两用一备,能够满足数据中心需求;(2)配电变压器。就目前实际情况来看,通常都是采用暗备用,每两台为一组,如果采用高压柴油发电机,需要合理分配好相应的配电变压器,一般是4~8台配一台备用,有助于最大程度的节省能源;(3)低压配电系统设计。需要根据数据中心机房实际情况,合理设置UPS的主电源与旁路电源,将它们分别接在两端低压母线上;(4)中压备用电源与低压双电源的有效互动。两者具有不同的优势特征,需结合具体情况进行有选择性的配合,既能保证供配电系统的正常运行,又能达到节能降耗效果。

2.3数据中心机房节能降耗方案

数据中心节能解决方案,需要重视以下节能“三定律”:

其一,网络设备/IT设备节能特性的好坏,直接影响到数据中心供配电的节能效果。在具体实施过程中,应采用低能耗的IT设备,并合理调节CPU主频工作频率,同时还要制定虚拟化软件设计方案,这是优先需要考虑的节能措施。主要原因在于不同时期下的数据中心机房其IT及网络设备的功耗是不一样的,具体如图所示,这也就意味着如果选用节能型空调或照明设施,对机房主设备的节能降耗需求也会更大,因此需要从网络设备/IT设备入手。

其二,空调制冷系统节能特性的好坏,也会影响到数据中心供配电的节能效果。在具体实施过程中,应选择可以最大化利用自然冷源的空调机组,并借助改善气流组织来提高热交换效率,从而达到高效节能的效果,比较典型的设计方案有封闭冷通道、封闭热通道、优选冷冻水空调等等。如图1所示,对于不同的机房来说,空调系统的功耗也各不相同,其中PUE=1.76的节能型IDC机房,所占的能耗更高。

其三,UPS供电系统节能特性的好坏,同样是影响数据中心供配电节能效果的重要因素。在具体实施过程中,既可以采取高效率UPS设计+“动态休眠”的方式来进行节能,也可以利用不同功率因数之间的匹配技术来达到良好的节能效果。1.png

图 1数据中心机房的典型能耗比分布

2.4UPS与前级电源之间的容量匹配问题解决方案

在数据中心机房中,配置UPS系统是必不可少的,在进行能效管理时,还可以从UPS设备容量的选择入手,通常情况下,其容量往往按负载的大小确定。这也就是说,它的前级电源容量,与UPS设备容量也有对应关系,通过对这一关系的分析,可以判断系统配置是否合理、可靠。如果比例关系过小,则无法满足带满载要求,且还会影响整个设备运行质量;如果比例关系过大则会造成能源的浪费,所以作为有关技术人员,务必要提高重视,对这些概念应有全面了解,这样才能更好地进行节能方案的制定与优化。

结束语

总而言之,在新时期社会背景下,加强对数据中心供配电节能解决方案的深入研究与分析,具有非常深远的现实意义,尤其是在能源日益稀缺的今天,节能降耗是各行各业都需要重点关注的内容。对于数据中心机房的主管及管理人员来说,应当更加提高对这一方面的重视,加大对新技术、新工艺的应用,不断完善机房管理方法,这样才能构建一个更加节能环保的数据中心。

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