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摘要：随着信息化的不断发展，企业的很多业务都需要依赖信息化来完成，由此产生大量应用系统，需要承载这些应用系统的服务器愈来愈多。大数据、云计算技术不断完善，越来越多的企业正在或者准备建设自己的大数据分析中心、云平台，因此，企业需要更多的机房空间，需要对数据中心机房进行扩容改造。在数据中心机房扩容改造中，至关重要的一点就是做好供配电系统的改造，保障为数据中心机房高效、稳定供电。
关键词：数据中心；供配电系统；架构；备用电源；选择
1数据中心配电架构
1.1 UPS配电架构
依据UPS系统供电路由和UPS配置情况，可以划分为以下5种类型：a、N：基本型是指整个供配电系统中，关键设备和线路均能满足IT负载的基本需求，或部分环节留有裕量，但任一环节发生故障（市电和柴油发电机组合除外），将直接影响IT负载的正常运行。b、N+X：冗余型是指整个供配电系统中，关键设备和线路除满足IT负载的基本需求之外，某些设备或线路在故障的情况下（市电和柴油发电机组合除外），尚有備用设备或线路为IT负载供电，IT负载可正常运行。当单台UPS故障时，IT负载运行不受影响，但UPS输出线路故障时，IT负载将无法运行；若单台UPS发生故障或单路UPS输出故障，IT负载运行均不受影响，但UPS总输入发生故障情况下，UPS蓄电池放电完毕后，IT负载将受到影响。c、FN：假容错型是指UPS系统按照2N架构进行配置，但仅1路市电为整个系统进行供电。该架构在1路市电和柴油发电机运行正常，而UPS系统发生单点故障时，IT负载的运行不受影响，但在市电和柴油发电机同时发生故障的情况下，IT负载将在UPS电池电量耗尽后宕机，该配电架构可用性受限于1路市电。d、2N：容错型配电架构，供配电系统中具备双路市电，2套完全对称的变压器和UPS系统。国内常常在配电系统中引入自动切换开关（ATS）和静态转换开关（STS）。e、2（N+1）：容错升级型配电架构本质上也属于容错型，但在UPS配置中再次进行了冗余部署。在IT负载为400kVA的情况下，配置2台400kVA或4台200kVA的UPS即可满足2N架构要求，但为了提高UPS系统冗余，采取每个回路部署2台400kVA的UP或采取每个回路配置3台200kVA的UPS。
1.2精密空调系统配电架构
精密空调配电架构仅考虑供配电系统中的配电设备和配电路由，不考虑精密空调的制冷量，从精密空调的角度来考虑，精密空调配电架构可以划分为以下4种类型：a、N：基本型是指整个供配电系统中，仅有1条配电路由为精密空调配电（市电和柴油发电机组合除外），任一环节的故障将直接影响精密空调的正常运行。b、N+X：冗余型是指整个供配电系统由1路市电进行供电，部分环节具备冗余，且到达精密空调的供电路由仅为1条。c、FN：假容错型是指配电系统由2路市电供电，但到达精密空调的配电线路仅1条；或配电系统由1路市电供电，但存在2条配电线路到达精密空调。d、2N：容错型是指配电系统由2路市电供电，且有2条配电路由到达精密空调。
2 数据中心备用电源的选择
关于数据中心备用电源，GB50174-2017第8.1.12条规定：A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。当正常电源发生故障时，备用电源应能承担数据中心正常运行所需要的用电负荷。备用电源是保障A级数据中心正常运行的必要条件，独立于正常电源的发电机组和供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路都可以作为备用电源。由于柴油发电机组在可操作性上优于其他备用电源，故大部分数据中心采用柴油发电机组作为备用电源。当采用柴油发电机组作为备用电源时，GB50174-2017规定：后备柴油发电机组的性能等级不应低于G3级；A级数据中心发电机组应连续和不限时运行，发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要。B级数据中心发电机组的输出功率可按限时500h运行功率选择。
2.1对柴油发电机组的性能要求
在国家标准GB/T2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分：用途、定额和性能》中将发电机组的性能分为G1、G2、G3、G44种性能等级：a、G1级：连接的负载只规定基本电压和频率参数，适用于照明和简单的电气负载。b、G2级：电压特性与电网类似，当负载发生变化时，允许暂时的电压和频率的偏差。适用于照明、水泵、风机等。c、G3级：连接的设备对发电机组的电压、频率和波形有严格要求。适用于电信负载和晶闸管控制的设备。d、G4级：连接的设备对发电机组的电压、频率和波形有特别严格要求。适用于数据处理设备和计算机系统。由于数据中心对发电机组的输出频率、电压和波形有严格要求，故要求发电机组的性能等级不应低于G3级。G3级要求柴油发电机组突加50%负载时，频率降小于7%，电压降小于15%。实际运行时数据中心的柴油发电机组往往突加100%负载，因此选择柴油发电机组的标准应高于G3级。
2.2对柴油发电机组的功率要求
在国家标准GB/T2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分：用途、定额和性能》中将发电机组的输出功率分为4种：持续功率（COP）、基本功率（PRP）、限时运行功率（LTP）和应急备用功率（ESP）：a、COP（持续功率）：无运行时间限制，为恒定负载持续供电的最大功率。b、PRP（基本功率）：无运行时间限制，为可变负载持续供电的最大功率。c、LTP（限时运行功率）：为恒定负载供电，年运行时间<500h。d、ESP（应急备用功率）：为可变负载供电，年运行小时数<200h。
2.3容性负载对柴油发电机组的影响
数据中心的负载特性与其他类建筑有很大区别，民用建筑、工业建筑的负载特性基本上都是“感性”的，主要以“线圈”类设备为主，功率因数是滞后的。电子信息设备属于非线性设备，除产生大量谐波外，其特性为“容性”，当市电直接为电子信息设备供电时，数据中心的负载特性就呈现出“容性”。世界上所有的柴油发电机生产厂商，都是以功率因数0.8（滞后）的感性负载生产柴油发电机，柴油发电机带感性负载时，可以有良好的输出表现。但当柴油发电机带容性（功率因数超前）负载时，由于谐振等问题，柴油发电机的输出将受到很大影响，当容性负载太强，功率因数超前太多时（如超前超过-0.95），将导致柴油发电机失速宕机。因此，GB50174-2017第3.2.2条规定：柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响。当功率因数小于0.8（滞后）时，柴油发电机输出减少，但可以正常工作；当功率因数大于-0.95（超前）时，柴油发电机的输出将急速下降，出现宕机。
2.4数据中心对柴油发电机组的要求
根据负载特性，数据中心使用的柴油发电机组，其性能等级不应低于G3级。A级数据中心发电机组应连续和不限时运行，输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要，可选择持续功率（COP），也可选择70%的基本功率（PRP）。确定发电机组的输出功率时，还应考虑容性负载及谐波对发电机组的影响。
3结语：
数据中心的重要性不言而喻，建设时应着重考虑采取优化措施来提高其稳定性，而提高供配电系统的可靠性显得尤为重要。本文提出系统的框架在当前具有现实的指导作用，随着经济技术条件的不断发展，数据中心供配电系统设计应不断进行优化，与时俱进方能使信息化业务更加安全、可靠和便捷。
参考文献：
[1]孙海峰.基于自然冷源的数据中心制冷系统节能潜力的分析[J].发电与空调，2016.
[2]史海疆.数据中心供配电系统节能技术探讨访中国电源工业协会副理事长王其英[J].电气应用，2015.
关键词：数据中心；供配电系统；架构；备用电源；选择
1数据中心配电架构
1.1 UPS配电架构
依据UPS系统供电路由和UPS配置情况，可以划分为以下5种类型：a、N：基本型是指整个供配电系统中，关键设备和线路均能满足IT负载的基本需求，或部分环节留有裕量，但任一环节发生故障（市电和柴油发电机组合除外），将直接影响IT负载的正常运行。b、N+X：冗余型是指整个供配电系统中，关键设备和线路除满足IT负载的基本需求之外，某些设备或线路在故障的情况下（市电和柴油发电机组合除外），尚有備用设备或线路为IT负载供电，IT负载可正常运行。当单台UPS故障时，IT负载运行不受影响，但UPS输出线路故障时，IT负载将无法运行；若单台UPS发生故障或单路UPS输出故障，IT负载运行均不受影响，但UPS总输入发生故障情况下，UPS蓄电池放电完毕后，IT负载将受到影响。c、FN：假容错型是指UPS系统按照2N架构进行配置，但仅1路市电为整个系统进行供电。该架构在1路市电和柴油发电机运行正常，而UPS系统发生单点故障时，IT负载的运行不受影响，但在市电和柴油发电机同时发生故障的情况下，IT负载将在UPS电池电量耗尽后宕机，该配电架构可用性受限于1路市电。d、2N：容错型配电架构，供配电系统中具备双路市电，2套完全对称的变压器和UPS系统。国内常常在配电系统中引入自动切换开关（ATS）和静态转换开关（STS）。e、2（N+1）：容错升级型配电架构本质上也属于容错型，但在UPS配置中再次进行了冗余部署。在IT负载为400kVA的情况下，配置2台400kVA或4台200kVA的UPS即可满足2N架构要求，但为了提高UPS系统冗余，采取每个回路部署2台400kVA的UP或采取每个回路配置3台200kVA的UPS。
1.2精密空调系统配电架构
精密空调配电架构仅考虑供配电系统中的配电设备和配电路由，不考虑精密空调的制冷量，从精密空调的角度来考虑，精密空调配电架构可以划分为以下4种类型：a、N：基本型是指整个供配电系统中，仅有1条配电路由为精密空调配电（市电和柴油发电机组合除外），任一环节的故障将直接影响精密空调的正常运行。b、N+X：冗余型是指整个供配电系统由1路市电进行供电，部分环节具备冗余，且到达精密空调的供电路由仅为1条。c、FN：假容错型是指配电系统由2路市电供电，但到达精密空调的配电线路仅1条；或配电系统由1路市电供电，但存在2条配电线路到达精密空调。d、2N：容错型是指配电系统由2路市电供电，且有2条配电路由到达精密空调。
2 数据中心备用电源的选择
关于数据中心备用电源，GB50174-2017第8.1.12条规定：A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。当正常电源发生故障时，备用电源应能承担数据中心正常运行所需要的用电负荷。备用电源是保障A级数据中心正常运行的必要条件，独立于正常电源的发电机组和供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路都可以作为备用电源。由于柴油发电机组在可操作性上优于其他备用电源，故大部分数据中心采用柴油发电机组作为备用电源。当采用柴油发电机组作为备用电源时，GB50174-2017规定：后备柴油发电机组的性能等级不应低于G3级；A级数据中心发电机组应连续和不限时运行，发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要。B级数据中心发电机组的输出功率可按限时500h运行功率选择。
2.1对柴油发电机组的性能要求
在国家标准GB/T2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分：用途、定额和性能》中将发电机组的性能分为G1、G2、G3、G44种性能等级：a、G1级：连接的负载只规定基本电压和频率参数，适用于照明和简单的电气负载。b、G2级：电压特性与电网类似，当负载发生变化时，允许暂时的电压和频率的偏差。适用于照明、水泵、风机等。c、G3级：连接的设备对发电机组的电压、频率和波形有严格要求。适用于电信负载和晶闸管控制的设备。d、G4级：连接的设备对发电机组的电压、频率和波形有特别严格要求。适用于数据处理设备和计算机系统。由于数据中心对发电机组的输出频率、电压和波形有严格要求，故要求发电机组的性能等级不应低于G3级。G3级要求柴油发电机组突加50%负载时，频率降小于7%，电压降小于15%。实际运行时数据中心的柴油发电机组往往突加100%负载，因此选择柴油发电机组的标准应高于G3级。
2.2对柴油发电机组的功率要求
在国家标准GB/T2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分：用途、定额和性能》中将发电机组的输出功率分为4种：持续功率（COP）、基本功率（PRP）、限时运行功率（LTP）和应急备用功率（ESP）：a、COP（持续功率）：无运行时间限制，为恒定负载持续供电的最大功率。b、PRP（基本功率）：无运行时间限制，为可变负载持续供电的最大功率。c、LTP（限时运行功率）：为恒定负载供电，年运行时间<500h。d、ESP（应急备用功率）：为可变负载供电，年运行小时数<200h。
2.3容性负载对柴油发电机组的影响
数据中心的负载特性与其他类建筑有很大区别，民用建筑、工业建筑的负载特性基本上都是“感性”的，主要以“线圈”类设备为主，功率因数是滞后的。电子信息设备属于非线性设备，除产生大量谐波外，其特性为“容性”，当市电直接为电子信息设备供电时，数据中心的负载特性就呈现出“容性”。世界上所有的柴油发电机生产厂商，都是以功率因数0.8（滞后）的感性负载生产柴油发电机，柴油发电机带感性负载时，可以有良好的输出表现。但当柴油发电机带容性（功率因数超前）负载时，由于谐振等问题，柴油发电机的输出将受到很大影响，当容性负载太强，功率因数超前太多时（如超前超过-0.95），将导致柴油发电机失速宕机。因此，GB50174-2017第3.2.2条规定：柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响。当功率因数小于0.8（滞后）时，柴油发电机输出减少，但可以正常工作；当功率因数大于-0.95（超前）时，柴油发电机的输出将急速下降，出现宕机。
2.4数据中心对柴油发电机组的要求
根据负载特性，数据中心使用的柴油发电机组，其性能等级不应低于G3级。A级数据中心发电机组应连续和不限时运行，输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要，可选择持续功率（COP），也可选择70%的基本功率（PRP）。确定发电机组的输出功率时，还应考虑容性负载及谐波对发电机组的影响。
3结语：
数据中心的重要性不言而喻，建设时应着重考虑采取优化措施来提高其稳定性，而提高供配电系统的可靠性显得尤为重要。本文提出系统的框架在当前具有现实的指导作用，随着经济技术条件的不断发展，数据中心供配电系统设计应不断进行优化，与时俱进方能使信息化业务更加安全、可靠和便捷。
参考文献：
[1]孙海峰.基于自然冷源的数据中心制冷系统节能潜力的分析[J].发电与空调，2016.
[2]史海疆.数据中心供配电系统节能技术探讨访中国电源工业协会副理事长王其英[J].电气应用，2015.