摘要：數字經(jīng)濟時(shí)代，隨著(zhù)5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推廣應用，帶來(lái)數據指數級增長(cháng)，大量數據都將進(jìn)入數據機房進(jìn)行集中處理，這對數據中心都提出了更新更高的要求。面對數據中心高密化、規?；陌l(fā)展，供電系統作為數據中心的“心臟"，為滿(mǎn)足數據中心的增長(cháng)，以及綠色能源的發(fā)展趨勢，在建設中不僅要保障供電的安全性，更要對供電系統進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新，為客戶(hù)創(chuàng )造更大價(jià)值。結合相關(guān)技術(shù)及規范，創(chuàng )新數據中心配電方案，為數據中心供電系統的設計提供思路。

關(guān)鍵詞：數據中心電力模塊智能鋰電

1概述

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)數據業(yè)務(wù)的發(fā)展，短時(shí)間內快速爆發(fā)成為其發(fā)展特征，如抖音單季度用戶(hù)數新增近2億，這種情況下，客戶(hù)對于數據中心交付周期要求在1年或者更短。在這種情況下下，傳統數據中心的建設方式，很難更上業(yè)務(wù)的發(fā)展。

芯片、服務(wù)器等設備算力和功耗持續提升，未來(lái)幾年單機柜功率密度也將從6~8kW向12~15kW演進(jìn)。同時(shí)，未來(lái)云數據中心將成為主要場(chǎng)景，預計到2025年占比將超過(guò)70%，面對云計算業(yè)務(wù)帶來(lái)的數據量和計算量的爆發(fā)式增長(cháng)，在數據中心資源尤其是一線(xiàn)城市資源日趨緊張的情況下，只有通過(guò)提高機房單位面積內的算力、存儲以及傳輸能力，才能*大程度發(fā)揮數據中心的價(jià)值。另一方面，隨著(zhù)AI、超算等技術(shù)和應用的發(fā)展，人工智能計算中心、超算中心等也將迎來(lái)建設高潮，推動(dòng)數據中心的快速發(fā)展。

預制化和模塊化是將是數據中心未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。與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(gè)預制化結構在進(jìn)行預制組裝供配電系統，標準化生產(chǎn)，將復雜的工程變成統一的產(chǎn)品，實(shí)現供配電系統的快速部署。

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面積約600m2，參考GB50174-2017《電子信息系統機房設計規范》B級機房進(jìn)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(lián)網(wǎng)設備間等）和輔助用房。單機柜功率不4kW，初步規劃機柜數量不少于150臺，滿(mǎn)足公司未來(lái)3~5年的發(fā)展使用需求。

2.2數據中心供電系統建設方案

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，根據建筑、空調、給排水等專(zhuān)業(yè)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。每臺變壓器正常負荷率不大于50%，當一臺變壓器故障時(shí)，另一臺變壓器帶起全部負荷。

2.2.2系統建設方案

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(diǎn)等因素，本數據中心UPS供電系統考慮采用高頻模塊化UPS設備，UPS系統按照2N冗余方式配置，整體系統后備時(shí)間按系統延時(shí)30min考慮（單邊15min）。UPS容量計算：確定UPS系統的基本容量時(shí)應留有余量，UPS系統的基本容量可按下式計算。

E≥P*1.2

式中：E—UPS系統的基本容量(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機柜150架，單柜功耗平均4kW，網(wǎng)絡(luò )機柜11架，單柜功耗1kW，數據中心機柜總功耗為：

考慮同時(shí)系數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，每套系統配置2臺500kVA模塊化UPS，每臺配置400kVA，預留模塊空間，便于后期擴容及維護。

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

2.2.3低壓配電系統建設方案

本工程采用電力模塊方案，一體化集成從中壓變壓器到負載饋線(xiàn)端的全功率鏈路，包含中壓變壓器、低壓配電柜、無(wú)功功率補償柜、模塊化UPS及饋線(xiàn)柜等，低壓設備采用工廠(chǎng)預制化成套設備。本工程配置2套1250kVA預制化電力模塊系統，每套系統配置1套SCB131000kVA變壓器、2000A進(jìn)線(xiàn)柜、1200A母聯(lián)柜、200kVAR無(wú)功功率、2臺500kVA模塊化UPS、1臺維修旁路柜、1臺IT饋線(xiàn)柜、1臺動(dòng)力饋線(xiàn)柜，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(yè)領(lǐng)域數十年來(lái)長(cháng)期占主要地位。但鉛酸電池循環(huán)壽命短、占地大、對機房承重要求高，生產(chǎn)制造過(guò)程容易造成環(huán)境污染，各國的鉛酸電池發(fā)展都趨于縮。而鋰電池天然具有能量密度高、占地小、長(cháng)循環(huán)壽命等鉛酸不具備的優(yōu)勢。鉛酸電池與鋰電池對比如表2所示。

表2鉛酸電池與鋰電池對比

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(shū)（滿(mǎn)載）如表3所示。

表3鋰電池容量測算

因此UPS單機滿(mǎn)載條件下，建議每臺UPS帶1臺滿(mǎn)配鋰電柜（儲能模塊7+7）,1臺半柜鋰電池柜（儲能模塊7+0）；IT設備供電所需鋰電池柜體總數為8柜，能滿(mǎn)足系統備電30分鐘，同時(shí)支持后續擴容。

2.3電力模塊的優(yōu)勢

可靠美觀(guān)：電力模塊采用預制化智能配電成套設備，在模塊化、標準化的基礎上，將供配電系統、饋電系統、監控管理系統等集成在一起，所有單元提供2N冗余配置，提升系統安全可靠性，保證系統外觀(guān)和結構的一致性。節省空間：相較于傳統的UPS系統，集中式設計，使整體結構緊湊，配電柜數量減少，空間節省1倍以上，且電力模塊采用母線(xiàn)連接，節約了大量的走線(xiàn)空間。節約用電：配電柜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數據中心為例，采用電力模塊每年電費可節省接近200萬(wàn)。

縮短周期：交付周期從2月縮短至2周。傳統供電方案需現場(chǎng)連接銅排和線(xiàn)纜，工程質(zhì)量風(fēng)險大，周期長(cháng)，需要2月才能完成交付，電力模塊內部連接采用預制廊橋式母排，且在工廠(chǎng)完成預制和調測，現場(chǎng)施工2周即可完成，有助于客戶(hù)業(yè)務(wù)快速上線(xiàn)。

3安科瑞蓄電池監測系統介紹設備選型

3.1蓄電池組

蓄電池組通常作為UPS電源的補充，用于提供更長(cháng)時(shí)間的應急電源，以便在柴油發(fā)電機組無(wú)法提供電力時(shí)，為數據中心提供電力支持。

3.2蓄電池組分類(lèi)

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于數據中心的儲能電池之一，它具有成本低、維護簡(jiǎn)單、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但其能量密度較低、壽命較短、容量較小等缺點(diǎn)。鎳鎘電池雖然能量密度較高，但其存在著(zhù)容量限制、自放電率高、溫度性能差等缺點(diǎn)，因此在數據中心的應用已經(jīng)逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時(shí)，需要根據應用場(chǎng)景的要求和預算來(lái)選擇適合的蓄電池類(lèi)型。

3.3蓄電池組一次接線(xiàn)圖

數據中心中的蓄電池通常采用一定數量的電池串聯(lián)組成電池組，并通過(guò)電線(xiàn)連接到UPS電源系統中。接線(xiàn)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(fā)生故障或停電時(shí)，UPS電源系統將自動(dòng)切換到蓄電池備用電源狀態(tài)，以確保系統的持續運行。蓄電池組一次系統

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電源系統中發(fā)揮著(zhù)重要作用，因此需要對其進(jìn)行監控，以確保其正常工作和延長(cháng)使用壽命。以下是蓄電池組監控的一些常見(jiàn)需求：

電池組狀態(tài)監測：包括電壓、電流、溫度、容量等參數的監測，以實(shí)時(shí)了解電池組的運行狀況。

電池組剩余壽命預測：通過(guò)監測電池組的工作狀態(tài)和壽命指標，預測電池組的剩余壽命，提前進(jìn)行維護和更換，避免電池組失效導致UPS電源系統失效。

自動(dòng)測試和巡檢：定期對電池組進(jìn)行自動(dòng)測試和巡檢，以發(fā)現潛在的故障和異常情況，及時(shí)處理。

報警和預警功能：當電池組發(fā)生異?；虺霈F故障時(shí)，通過(guò)報警和預警的方式通知運維人員及時(shí)處理，避免事故的發(fā)生。

數據分析和記錄：通過(guò)對電池組數據進(jìn)行分析和記錄，可以了解電池組的歷史運行情況，為優(yōu)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(chǎn)品選型

4結束語(yǔ)

大數據時(shí)代的到來(lái)，數據中心建設越來(lái)越多，交付周期越來(lái)越短，建設要求越來(lái)越高，數據機房的高低壓供配電系統也隨之進(jìn)化，深度融合的道路還在進(jìn)一步探索，而電力模塊的創(chuàng )新使用，憑借其低耗能、占點(diǎn)小、交付周期短、運維便利等優(yōu)勢，提升了數據機房的得柜率，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(wǎng)機房等綠色化轉型提供助力，有力服務(wù)數字經(jīng)濟發(fā)展。

【參考文獻】 

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【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版