摘要：本文以UPS配電系統(tǒng)為例，通過(guò)以數(shù)據(jù)中心為主要研究對(duì)象，采用文獻(xiàn)研究法、實(shí)踐調(diào)查法等研究方法，簡(jiǎn)要分析了數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。從選擇高效節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化機(jī)房布局的角度，提出了一些有效的措施，供參考如何實(shí)施數(shù)據(jù)中心IDC機(jī)房的能源管理。

關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)中心；IDC配電系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；能源管理

1 IDC配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心

1.1UPS設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化

1.1.1提高UPS負(fù)荷率

當(dāng)數(shù)據(jù)中心選擇使用UPS配電系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要相應(yīng)優(yōu)化UPS設(shè)備的設(shè)計(jì)選擇。根據(jù)工作人員收集的相關(guān)數(shù)據(jù)，從目前某數(shù)據(jù)中心安裝的數(shù)百臺(tái)UPS設(shè)備的運(yùn)行情況可以看出，60%以上的UPS設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷率為20%至30%，近30%的UPS設(shè)備負(fù)荷率不到20%。結(jié)合其他相關(guān)研究數(shù)據(jù)，一些學(xué)者指出，目前我國(guó)大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用的UPS系統(tǒng)至少有40%的負(fù)荷率沒(méi)有得到有效利用。

1.1.2 PF值的合理設(shè)置

UPS設(shè)備在數(shù)據(jù)中心的功耗相對(duì)較大，其輸入功率因數(shù)直接影響整個(gè)數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。交流電路中一般存在的相移功率因數(shù)，即PF，是指電壓與電流之間的相位差余弦值，其計(jì)算公式如下：

這個(gè)公式中，cosφTHD代表總諧波電流畸變率，代表功率因數(shù)符號(hào)。例如，在UPS設(shè)備中，某個(gè)數(shù)據(jù)中心的實(shí)際負(fù)載率為6%，當(dāng)UPS負(fù)載率不高時(shí)，通過(guò)測(cè)試可以知道它的實(shí)際值是cos。φ此時(shí)對(duì)應(yīng)的總諧波電流畸變率約為0.98的30%。由于UPS設(shè)備的負(fù)載率不高，此時(shí)負(fù)載基本相當(dāng)于高頻非線性負(fù)載，基波電流I值相對(duì)較小。在客觀諧波的影響下，UPS設(shè)備的THDi值很容易增加，從而導(dǎo)致設(shè)備功率因數(shù)PF減少。但是，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)UPS負(fù)載率處于正常狀態(tài)時(shí)，其cosφ值與PF值基本為1，對(duì)應(yīng)的總諧波電流畸變率*大值為10%。因此，如果選擇UPS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的IDC配電系統(tǒng)，可以嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求優(yōu)化電容補(bǔ)償裝置。如果可以根據(jù)變壓器容量的30%進(jìn)行電容補(bǔ)償，可以選擇輸入功率因數(shù)至少為0.95的UPS設(shè)備，既能有效落實(shí)減配，又能達(dá)到節(jié)約投資的效果。

1.1.3調(diào)整輸出功率因數(shù)

目前，隨著服務(wù)器電源功率因數(shù)的逐步提高，UPS設(shè)備提高了輸出性能，可以有效地滿足服務(wù)器電源容性負(fù)載輸入特性。據(jù)相關(guān)研究資料顯示，目前的服務(wù)器功率因數(shù)基本上是容性-超前0.9～根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可采用實(shí)際UPS設(shè)備機(jī)架負(fù)荷值和0.77（kW/kVA）對(duì)UPS設(shè)備的總?cè)萘窟M(jìn)行比較，要求UPS設(shè)備的額定容量為0.7（kW/kVA）UPS設(shè)備的輸出功率不得超過(guò)乘積[1]。但本文在了解目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的集中UPS設(shè)備的輸出功率因數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其輸出功率因數(shù)可達(dá)0.9，部分UPS設(shè)備的輸出功率因數(shù)可達(dá)1。事實(shí)上，如果UPS的輸出功率因數(shù)超過(guò)0.9，設(shè)備仍然可以正常使用，而不會(huì)降低容量。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)400kVA的UPS設(shè)備制造商可以直接帶載360kW的服務(wù)器設(shè)備。綜合考慮，在優(yōu)化UPS設(shè)備時(shí)，可規(guī)定其輸出功率不得低于設(shè)備額定容量和0.9。（kW/kVA）的乘積。而且在設(shè)置UPS系統(tǒng)時(shí)，直接按90%設(shè)定*高帶載率，此時(shí)UPS容量計(jì)算公式為：UPS總?cè)萘?機(jī)架負(fù)載。（kW）/0.9(kW/kVA)/0.9(負(fù)荷)

1.2優(yōu)化UPS系統(tǒng)模式

考慮到大多數(shù)數(shù)據(jù)中心選擇使用的UPS系統(tǒng)是2N雙總線系統(tǒng)，在使用UPS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，負(fù)責(zé)向各種重要的IT設(shè)備提供雙路連續(xù)交流電源，以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。而且這個(gè)系統(tǒng)屬于冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成至少兩個(gè)UPS系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本容量就是任何一個(gè)UPS系統(tǒng)中N個(gè)UPS設(shè)備的總?cè)萘?。在UPS設(shè)備的作用下，系統(tǒng)交流輸入到兩條wan全獨(dú)立的供電線路，直到雙電源輸入負(fù)載。當(dāng)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，任何UPS系統(tǒng)只負(fù)責(zé)總負(fù)荷的一小部分負(fù)荷。利用這種多電源系統(tǒng)冗余的形式供電，可以有效改善傳統(tǒng)單電源系統(tǒng)中容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問(wèn)題。若數(shù)據(jù)中心規(guī)模較大，但單電源設(shè)備相對(duì)較少，則可根據(jù)實(shí)際情況規(guī)范安裝小型STS設(shè)備，使電源設(shè)備能獲得穩(wěn)定、持久的安全供電。

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的兩個(gè)UPS系統(tǒng)將同步運(yùn)行，每個(gè)系統(tǒng)將承受50%的總負(fù)荷。從每個(gè)低壓母線段引入的兩個(gè)UPS系統(tǒng)的交流輸入，可以大大提高整個(gè)雙總線供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。即使某個(gè)UPS系統(tǒng)在系統(tǒng)中無(wú)法正常運(yùn)行，或者出現(xiàn)輸出中斷等異常情況，也不會(huì)對(duì)雙電源負(fù)載供電產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。此時(shí)，只有與UPS組單電源負(fù)載相連的供電獨(dú)立被切斷。優(yōu)化后的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中心配電錯(cuò)誤

2數(shù)據(jù)中心IDC機(jī)房能源管理措施分析

2.1積極優(yōu)化機(jī)房布置

在數(shù)據(jù)中心IDC機(jī)房能源管理過(guò)程中，工作人員需要根據(jù)機(jī)房的實(shí)際情況，科學(xué)優(yōu)化機(jī)房布局，以有效提高其節(jié)能效果。一方面，根據(jù)前進(jìn)后出、水平通風(fēng)的原則，選擇與進(jìn)排風(fēng)結(jié)構(gòu)wan全一致的機(jī)柜作為數(shù)據(jù)中心IDC機(jī)房的機(jī)柜；另一方面，為了防止設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量熱空氣，與空調(diào)產(chǎn)生的冷送風(fēng)相互混合，數(shù)據(jù)中心容易出現(xiàn)許多局部熱點(diǎn)，影響空調(diào)原有的制冷效率，大大增加了空調(diào)的能耗。工作人員可以選擇將其安裝在機(jī)架內(nèi)沒(méi)有設(shè)備的設(shè)備的進(jìn)氣溫度。

2.2使用高效節(jié)能設(shè)備

通過(guò)充分發(fā)揮UPS設(shè)備的高效性，在數(shù)據(jù)中心IDC機(jī)房中選擇優(yōu)化的UPS系統(tǒng)也能達(dá)到良好的節(jié)能效果。例如，在2015-2018年間，一個(gè)數(shù)據(jù)中心分別建造了15臺(tái)、20臺(tái)和25臺(tái)經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化處理的400kVAUPS設(shè)備，每臺(tái)UPS設(shè)備的負(fù)載電流值為200A。與同期相比，該數(shù)據(jù)中心在2015年至2018年使用高效UPS系統(tǒng)后，節(jié)能量分別達(dá)到68萬(wàn)度、91萬(wàn)度和137萬(wàn)度[2]。在空調(diào)系統(tǒng)中，可選擇的冷卻系統(tǒng)。

3能源消耗統(tǒng)計(jì)分析(能源管理)解決方案

建立高效的能源消耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測(cè)量建筑各種能源消耗設(shè)備的能源消耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析采集數(shù)據(jù)。能夠合理確定各地區(qū)建筑能源消耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和績(jī)效考核指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)，提高人們積極節(jié)能意識(shí)。

①　搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對(duì)各個(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過(guò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對(duì)比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實(shí)現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對(duì)比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能耗評(píng)估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；

⑥　能耗競(jìng)爭(zhēng)排名：各個(gè)功能區(qū)能耗對(duì)比，實(shí)現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)工作人員的節(jié)能意識(shí)；

⑦　對(duì)能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營(yíng)管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)異常能源用量，對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警，提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平。

4能源管理系統(tǒng)

5結(jié)束語(yǔ)

總而言之，工作人員在對(duì)數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分結(jié)合數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)實(shí)際情況及運(yùn)行要求，并嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)程規(guī)定，合理選用高效的UPS設(shè)備并注重增加備用設(shè)備與線路，以此有效提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。在開(kāi)展能源管理工作中，工作人員同樣需要主動(dòng)運(yùn)用高效、節(jié)能的設(shè)備，在對(duì)機(jī)房進(jìn)行優(yōu)化布置并積極運(yùn)用各種先進(jìn)信息技術(shù)下，使得IDC機(jī)房可以獲得更高的節(jié)能管理成效。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版