智能化電力模塊在數據機房中的應用與探討

hth下载地址 陳聰

摘要：數字經濟時代，隨著5G、物聯網、工業(ye) 互聯網的推廣應用，帶來數據指數級增長，大量數據都將進入數據機房進行集中處理，這對數據中心都提出了更新更高的要求。麵對數據中心高密化、規模化的發展，供電係統作為(wei) 數據中心的“心髒”，為(wei) 滿足數據中心的增長，以及綠色能源的發展趨勢，在建設中不僅(jin) 要保障供電的安全性，更要對供電係統進行技術創新，為(wei) 客戶創造更大價(jia) 值。結合相關(guan) 技術及規範，創新數據中心配電方案，為(wei) 數據中心供電係統的設計提供思路。

關(guan) 鍵詞：數據中心電力模塊智能鋰電

1概述

隨著互聯網數據業(ye) 務的發展，短時間內(nei) 快速爆發成為(wei) 其發展特征，如抖音單季度用戶數新增近2億(yi) ，這種情況下，客戶對於(yu) 數據中心交付周期要求在1年或者更短。在這種情況下下，傳(chuan) 統數據中心的建設方式，很難更上業(ye) 務的發展。

芯片、服務器等設備算力和功耗持續提升，未來幾年單機櫃功率密度也將從(cong) 6~8kW向12~15kW演進。同時，未來雲(yun) 數據中心將成為(wei) 主要場景，預計到2025年占比將超過70%，麵對雲(yun) 計算業(ye) 務帶來的數據量和計算量的爆發式增長，在數據中心資源尤其是一線城市資源日趨緊張的情況下，隻有通過提高機房單位麵積內(nei) 的算力、存儲(chu) 以及傳(chuan) 輸能力，才能*大程度發揮數據中心的價(jia) 值。另一方麵，隨著AI、超算等技術和應用的發展，人工智能計算中心、超算中心等也將迎來建設高潮，推動數據中心的快速發展。

預製化和模塊化是將是數據中心未來發展的一個(ge) 方向。與(yu) 目前廣泛使用的微模塊相同，采用模塊化設計將數據中心供配電分解成多個(ge) 預製化結構在進行預製組裝供配電係統，標準化生產(chan) ，將複雜的工程變成統一的產(chan) 品，實現供配電係統的快速部署。

2數據機房供配電方案

2.1項目概況

某項目數據中心機房規劃麵積約600m2，參考GB50174-2017《電子信息係統機房設計規範》B級機房進行規劃，功能區域包括主機房（設備機房、電力機房）、管理區（辦公室、互聯網設備間等）和輔助用房。單機櫃功率不4kW，初步規劃機櫃數量不少於(yu) 150台，滿足公司未來3~5年的發展使用需求。

2.2數據中心供電係統建設方案

2.2.1高低壓建設方案

數據機房的負荷一般由一級負荷、二級負荷和三級負荷組成，根據建築、空調、給排水等專(zhuan) 業(ye) 提出的用電需求初步估算，主要負荷情況統計如表1所示。

表1變壓器用電負荷測算

根據以上的負荷統計及計算結果，本項目建議設備選型及配置如下：

變壓器：1000kVA，1+1配置。每台變壓器正常負荷率不大於(yu) 50%，當一台變壓器故障時，另一台變壓器帶起全部負荷。

2.2.2係統建設方案

數據中心IT設備和核心通信設備主要采用UPS供電。供電方式采用2N架構的UPS供電方式。根據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，本數據中心UPS供電係統考慮采用高頻模塊化UPS設備，UPS係統按照2N冗餘(yu) 方式配置，整體(ti) 係統後備時間按係統延時30min考慮（單邊15min）。UPS容量計算：確定UPS係統的基本容量時應留有餘(yu) 量，UPS係統的基本容量可按下式計算。

E≥P*1.2

式中：E—UPS係統的基本容量(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機櫃150架，單櫃功耗平均4kW，網絡機櫃11架，單櫃功耗1kW，數據中心機櫃總功耗為(wei) ：

考慮同時係數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，每套係統配置2台500kVA模塊化UPS，每台配置400kVA，預留模塊空間，便於(yu) 後期擴容及維護。

2套1000kVAUPS係統（共4台，模塊配置400kVA/台）采用2N架構，組成A、B路雙母線係統，每組為(wei) 2套500kVA並機，共需4台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並機UPS，組成A、B路雙母線係統；正常運行時雙母線UPS係統均勻分配供電負荷，當其中一套UPS係統故障或檢修時，由另外一套係統承擔所有負荷。

2.2.3低壓配電係統建設方案

本工程采用電力模塊方案，一體(ti) 化集成從(cong) 中壓變壓器到負載饋線端的全功率鏈路，包含中壓變壓器、低壓配電櫃、無功功率補償(chang) 櫃、模塊化UPS及饋線櫃等，低壓設備采用工廠預製化成套設備。本工程配置2套1250kVA預製化電力模塊係統，每套係統配置1套SCB131000kVA變壓器、2000A進線櫃、1200A母聯櫃、200kVAR無功功率、2台500kVA模塊化UPS、1台維修旁路櫃、1台IT饋線櫃、1台動力饋線櫃，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(ye) 領域數十年來長期占主要地位。但鉛酸電池循環壽命短、占地大、對機房承重要求高，生產(chan) 製造過程容易造成環境汙染，各國的鉛酸電池發展都趨於(yu) 縮減。而鋰電池天然具有能量密度高、占地小、長循環壽命等鉛酸不具備的優(you) 勢。鉛酸電池與(yu) 鋰電池對比如表2所示。

表2鉛酸電池與(yu) 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(shu) （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，建議每台UPS帶1台滿配鋰電櫃（儲(chu) 能模塊7+7）,1台半櫃鋰電池櫃（儲(chu) 能模塊7+0）；IT設備供電所需鋰電池櫃體(ti) 總數為(wei) 8櫃，能滿足係統備電30分鍾，同時支持後續擴容。

2.3電力模塊的優(you) 勢

可靠美觀：電力模塊采用預製化智能配電成套設備，在模塊化、標準化的基礎上，將供配電係統、饋電係統、監控管理係統等集成在一起，所有單元提供2N冗餘(yu) 配置，提升係統安全可靠性，保證係統外觀和結構的一致性。節省空間：相較於(yu) 傳(chuan) 統的UPS係統，集中式設計，使整體(ti) 結構緊湊，配電櫃數量減少，空間節省1倍以上，且電力模塊采用母線連接，節約了大量的走線空間。節約用電：配電櫃數量減少縮短了鏈路，全鏈路效率達97.8%，可有效降低電能損耗。以12MW數據中心為(wei) 例，采用電力模塊每年電費可節省接近200萬(wan) 。

縮短周期：交付周期從(cong) 2月縮短至2周。傳(chuan) 統供電方案需現場連接銅排和線纜，工程質量風險大，周期長，需要2月才能完成交付，電力模塊內(nei) 部連接采用預製廊橋式母排，且在工廠完成預製和調測，現場施工2周即可完成，有助於(yu) 客戶業(ye) 務快速上線。

3hth下载地址蓄電池監測係統介紹設備選型

3.1蓄電池組

蓄電池組通常作為(wei) UPS電源的補充，用於(yu) 提供更長時間的應急電源，以便在柴油發電機組無法提供電力時，為(wei) 數據中心提供電力支持。

3.2蓄電池組分類

數據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於(yu) 數據中心的儲(chu) 能電池之一，它具有成本低、維護簡單、環境汙染小等優(you) 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，但其存在著容量限製、自放電率高、溫度性能差等缺點，因此在數據中心的應用已經逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時，需要根據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

數據中心中的蓄電池通常采用一定數量的電池串聯組成電池組，並通過電線連接到UPS電源係統中。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。當主電源發生故障或停電時，UPS電源係統將自動切換到蓄電池備用電源狀態，以確保係統的持續運行。

3.4蓄電池組監控需求及主要設備選型

蓄電池組在數據中心UPS電源係統中發揮著重要作用，因此需要對其進行監控，以確保其正常工作和延長使用壽命。以下是蓄電池組監控的一些常見需求：

電池組狀態監測：包括電壓、電流、溫度、容量等參數的監測，以實時了解電池組的運行狀況。

電池組剩餘(yu) 壽命預測：通過監測電池組的工作狀態和壽命指標，預測電池組的剩餘(yu) 壽命，提前進行維護和更換，避免電池組失效導致UPS電源係統失效。

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

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

數據分析和記錄：通過對電池組數據進行分析和記錄，可以了解電池組的曆史運行情況，為(wei) 優(you) 化管理和維護提供數據支持。

蓄電池監測主要由S模塊、C模塊及HS采集器組成。

3.5產(chan) 品選型

4結束語

大數據時代的到來，數據中心建設越來越多，交付周期越來越短，建設要求越來越高，數據機房的高低壓供配電係統也隨之進化，深度融合的道路還在進一步探索，而電力模塊的創新使用，憑借其低耗能、占點小、交付周期短、運維便利等優(you) 勢，提升了數據機房的得櫃率，降低了數據中心能耗，加快了數據中心的交付使用，在數據中心、核心網機房等綠色化轉型提供助力，有力服務數字經濟發展。

【參考文獻】 

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

【2】王二超．數據中心供配電係統架構及備用電源分析［Ｊ］．中國新通信，2021（39）：196-197.

【3】hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.5版