韦淮荣
东莞电力设计院有限公司 广东东莞 523413
摘 要：信息时代背景下，以大数据、云计算等为代表的新兴技术，成为我国经济发展重要技术支撑，数据中心作为信息化发展重要基础。为进一步保证数据中心信息精准性及及时性，需按照不同要求选取合适的备用电源。本文就数据中心供配电系统架构及备用电源展开分析。
关键词：数据中心；供配电；系统架构；备用电源
数据信息是被人们普遍应用于多个行业中，如银行、保险、互联网等，为进一步充分发挥数据中心自身价值，需保证其供配电系统架构合理性，以及备用电源满足相关要求。
一、数据中心供配电系统架构
为进一步保证数据中心供配电系统构架规范性，我国住房联合城乡建设部门于2017年5月4号出台GB50174-2017，其中明确规定A数据中心应吻合容错要求，可选用2N系统，亦或采用其他避免单点故障系统配置。一般A级数据中心供配电系统架构包含三种，即2N、DR、RR。
1、供配电系统构架介绍
数据中心供配电系统构架主要包含上述三种类型，首先2N系统，该系统架构主要是由两个供配电单元构成，每一个单元均可吻合满负载实际用电需求，两个单元实际运行过程中，相互为备用。正常运作过程中每个单元承担向负载提供1/2的电能，其中一个单元出现故障状况下，另一个单元可向负载提供100%电能。其次，DR系统。该系统主要是由超过3各供电单元构成，且配置保持一致，多个单元同时启动工作。将实际负载划分为均匀组，每个供配电单元为自身本组和相邻负载进行供电，以此形成一连一供电方式。设备正常运行过程中，每个供配电单元实际负荷率为66%，其中一个供配电系统出现故障时，与其匹配的负载由相邻供电单元承担完成。最后，RR系统。RR系统是由多个供配电单元构成，其中一个单元作为其他运行单元备用，其中一个运行单元发生故障时，依托电源切换装置，备用单元继续为负载进行供电[1]。
2、三种供配电架构对比
三种供配电系统架构自身特征不一，具有的优势不尽相同，需对其进行系统性分析，最终按照数据中心实际状况，合理布设供配电系统。首先2N供配电系统分析，主要掌握特征为包含2组UPS相互为备份，其中一组UPS出现故障时，另一组仍可保证设备处于运行状态，此种配电整体架构设备占用空间较多，且日常运行效率较低，初期需投资设备多，优势为结构简易，便于后续维护；其次，DR配置系统内包含几组UPS互为备份，其中一组UPS出现故障，其他UPS进行供电，保证设备运行可靠性。此种配置架构设备占用空间较少，日常运行效率较高，操作维护具有一定的复杂性，电缆路径物理隔离难度较大；最后，RR配置系统其中包含1组为其他机组UPS冗余备份，其中1组UPS发生故障，可应用备份实现供电，保证设备处于正常运行。此种配置方式占用空间小，日常运行效率高，初期投资多，操作复杂，需大量的STS。以下对上述三种配置系统比较：第一，可用性对比。应用电气软件对其2N、DR、RR系统分析，最终表明三种系统可用度分别为0.99999、0.99998、0.99995，根据分析最终数值获得三种供配电系统架构可用性保持大致相同，其中2N系统可用性最高。第二，成本对比。三种供配电系统成本对比主要体现在建设及运行成本，2N系统程设成本相等，均为100；DR系统建设成本比运行成本高0.3；RR系统运行成本比建设成本高14.6。按照最终分析其中2N建设成本最高，DN系统与2N系统相较低8.6%，RR系统比2N系统低8.1%；运行成本RR系统最高，DR系统最低。第三，系统架构、物力隔离、运维难度相比。
2N系统架构整体简易，实现物理隔离较易，日常运行维护难度较低；RR系统构架复杂程度最大，日常运维难度较大，设备实现自动切换目标需依附自动控制系统，手动控制系统难度较大，需运行维护团队进行运维保证[2]。
二、数据中心备用电源的选择
针对数据中心备用电源，按照我国相关规范标准，其中明确规定A级数据中心应由双重电源供电，需布设相应的备用电源。备用电源建议应选用独立正常电源柴油发电机组，亦或选用供电网络中单一正常电源专用反馈电线路。当正常电源处于故障时，备用电源应可承担数据中心正常运行所需用电负荷。备用电源作为数据中心正常运行基础保证，单一独立正常电源发电机组和供电网络中独立正常电源专用线路，均可作为备用电源。由于柴油发电机机组在可操性与其他备用电源相较，所以大部分数据中心采用柴油发电机作为备用电源。将柴油机发电机组作为备用电源时，我国相关规范中明确规定后备柴油发电机组性能等级应不超过不低于G3级；A级数据中心发电机组应保证连续性，且不受时间限时运行，发电机组输出功率应与最大均负荷相吻合。B级数据中心发电机组输出功率，应按照相关限时500h运行功率选择。
1、柴油发电机组
1.1柴油机发电机组的性能要求
在国家标准Q/320681JFWO1-2019《往复式内燃机驱动的交流发电机》中明确发电机组性能G1、G2、G3、G44种性能等级。其中G1级连接负载仅规定基本电压和频率参数，针对于照明和简单电气负载适用性较强；G2电压特性与电网相类似，当负载发生变化时，可允许暂时电压和频率偏差处于可控范围内，适用于照明、水泵及风机等；G3级别连接设备对发电机电压、频率和波形具有严格，适用于电信负载和晶闸管控制的设备；G4连接的设备对发电机组具有严格要求，主要体现在电压、频次及波形，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实际输出频率、电压等具有较高的要求，所以按照我国相关规定规程标准，需要求发电机性能等级应超过G3，G3级要求柴油机发电机组凸显出50%负载时，频率降不超过7%，电压降不超过15%。实际运行过程中，数据中心柴油机发电机突加100%负载，所以选择柴油机组实际标准应超过G3级。
1.2柴油机发电机组功率要求
国家相关标准中明确规定，将发电机组的输出功率包含4种，即持续功率（COP）、基本功率（PRP）、限时运行功率（LTP）、应急备用功率（ESP）。其中持续功率、基本功率运行时间限制，为恒定负载持续供电的最大功率；限时运行功率，为恒定负载供电，年运行时间不超过500h，应急备用功率可变负载供电，年运行小时数不超过200h。
2、EPS与UPS备用电源
一方面，EPS也可作为数据中心的备用电源，主要包含以下特征：一是市电断电时可进行自行切换，实现无人值守目标，节能，电网供电与EPS应急电源自动切换时间仅需0.25s，特殊状况下实现零切换；二是处于静态，无噪音，无需进行排烟、防震处理；三是使用可靠性较高；四是适应恶劣环境，可置于地下室或配电室，减少供电实际线路。另一方面，UPS备用电源特征。一是长期可实现带载荷运作，以及实现连续性供电；二是带机类负载需采取扩容或加缓启动措施。
结束语
数据中心工程发展建设中，“电气”相关投资占工程总投资60%，其作为数据中心工程核心构成之一，是整个运行关键设施。出于自身供配电系统优劣，核心指标可靠性十分关键，备用电源是提高供电可靠性，应综合性考量实际建设及运维成本，应满足相关使用要求，保证数据中心系统运行可靠性。
参考文献：
[1]邹芳明，俞小玲，杨晓平.有线网络数据中心供配电系统架构的设计与实现[J].广播与电视技术，2019,46(5):78-82.
[2]孙昌亮， 姚志新， 吕风杰. 滨州市政务云数据中心供配电系统设计分析[J]. 中国建设信息化， 2020,114(11):72-73.