浅谈数据中心机房末端配电技术与应用

摘要：随着云计算、虚拟化信息技术的快速发展，互联网、物联网也得到了快速发展，海量数据爆发，作为数据中心的载体，机房末端配电的可靠性、稳定性和可维护性直接关系到IT设备的安全供电。数据中心的末端配电技术主要有两种，一种采用列头柜加电缆配电，另一种是智能小母线配电。列头柜的需求也在不断增加。

1、概述

数据中心是国家确定的“新基建”七大领域之一。数据中心在国民经济和社会发展中所起的作用越来越重要，数据中心已经成为了各行各业的关键基础设施，为经济转型升级提供了重要支撑。数据中心要实现持续稳定运行，前提是其供电系统应稳定可靠、不间断。当前，重要程度较高的A级数据中心一般采用2N架构的UPS供电方式，以实现容错要求，供电系统包括高低压配电、后备发电机组、不间断电源、后备蓄电池、配电等子系统，典型的数据中心供电系统如图1所示。从图1可以看出，终的用电设备实现了全程双路由容错供电。

图1 典型数据中心2N供电系统图

2、末端配电

数据中心机房的末端配电一般是指从不间断电源输出柜到终用电设备的配电部分，终用电设备包括IT设备、动力设备和照明等。数据中心的末端配电较接近用电设备，是整个供配电系统中的关键环节，它的安全可靠十分重要。传统的末端配电技术一般采用列头柜加电缆配电，典型的配电系统如图2所示。

图2 数据中心典型配电系统图

注：系统图中的方框部分即为末端配电部分。

3、列头柜配电技术探讨

按照国家规范的要求，A级数据中心的基础设施宜按容错系统配置。当数据中心的末端配电采用列头柜加电缆配电时，存在多种方案。以数据中心应用较多的封闭冷通道为例，配电方案主要有如下4种方案。

3.1 方案一

方案一如图3所示。

每个封闭冷通道设置两个列头柜，分别位于每列的头部，每个列头柜由不同的UPS系统引出，即列头柜A由2N双母线系统的UPS系统A引出，列头柜B由2N双母线系统的UPS系统B引出。IT机柜的供电方式为：每个IT机 柜 内 包 括 两路PDU，PDU(A)和PDU(B)，其中PDU(A)通过 电缆由列头柜A取电，PDU(B)通过电缆由列头柜B取电。本供电方案的优点是实现了全程双回路供电，无单点故障点，供电架构清晰。缺点是IT机柜的供电需要跨列引电，布线有一定难度。

图3 列头柜双柜配电方案

注：图中仅示出了其中一列机柜的配电电缆，另一列机柜同理。

3.1 方案二

方案二的机柜布置和方案一相同，如图3所示，但列头柜的内部配置和配电电缆的敷设不同。具体方案是：每个封闭冷通道也设置两个列头柜，列头柜A和列头柜 B，但每个列头柜内部又分为 A、B 两路，每路由不同的 UPS系统引出，即列头柜A和列头柜B内的A路由2N双母线系统的UPS系统A引出，列头柜A和列头柜B内的 B路由2N双母线系统的 UPS系统B引出。IT机柜的供电方式是IT机柜的两路PDU均来自于本列的列头柜，其中PDU(A)来自于本列列头柜中的 A路，PDU(B)来自于本列列头柜中的B路;这种供电方式结构清晰，但当列头柜需要扩容、更换或移位时，后端IT机柜的割接难度和工作量较大。

3.3 方案三

方案三和方案二的不同之处仅在于IT机柜的取电方式不同，即IT机柜的两路PDU分别来自于不同的列头柜，且不同路，第①列的IT机柜的PDU(A)来自于列头柜A 内的A路，PDU(B)来自于列头柜B内的B路;第2列的IT机柜的PDU(A)来自于列头柜B内的A路，PDU(B)来自于列头柜A内的B路;这种供电方式保证了IT机柜的供电为全程双路由，且不存在单点故障点，但布线比较复杂，现场接线容易发生错误，可能导致IT机柜由假双路电源供电。

3.4 方案四

方案四如图4所示。

图 4 列头柜单柜供电方案

每个封闭冷通道只设置1个列头柜，位于其中一列的头部，列头柜内部分为A、B两路，分别由不同的UPS系统引出。IT机柜的两路PDU分别由列头柜内的A路和B路取电。这种方案的优点是只占用了一个机柜位置，节约了宝贵的机房空间资源。缺点是电缆需要跨列敷设，且当列头柜需要维修、扩容、更换或移位时，将造成后端所有 IT机柜断电。

3.5 列头柜配电方案对比

对上述4种列头柜配电方案进行对比，如表1所示。

综合列头柜的上述4种列头柜配电方案的优、缺点，建议采用配电方案一。

4、安科瑞提供的末端交直流监控方案

针对数据中心配电柜的IT负载的不断变化和快速发展，也提高了对于配电柜中监测装置要求，一套可集成各项参数测量监控、且可充分满足不断增加的负载要求的监控装置，成了现代配电柜中的重要指标。安科瑞AMC配电监控系统可以对整个数据中心的电流分布和功率分布进行全方面的实时管理，多可实现4路进线、192路出线的电参数、进出线开关状态、温度、漏电流等全方面的监测。且可根据用户需求灵活增加、减少出线测量回路数。AMC配电系统采用了多回路监控装置，既可以测量进线侧三相电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率，还可同时检测出线的电流、有功功率、功率因数、电能数据等。

这样合理地对整个配电单元的电气参数进行实时监控和记录，尤其对其电力消耗有实时的了解。可以满足用户对于电能计量的要求，为全方面的能耗管理提供了硬件基础，AMC配电监控系统支持RS485和TCP/IP协议传输数据。

5、结束语

安科瑞列头柜为网络服务器等重要设备提供电力分配、安全保护、计量、运行管理与提供数据级接地等服务，用于供电可靠性要求较高的不间断供电领域，以可靠合理的方式，计算每个用电负载的用电量，为数据中心的节能提供合理的依据。

审核编辑：汤梓红