市电直供技术在数据中心的应用探讨

马雁序



市电直供技术在数据中心的应用探讨

马雁序

中国移动通信集团设计院有限公司信息能源所，北京 100080

社会的不断发展对供电企业的要求越来越高。为了能够更好地提高供电效率，控制能源的消耗，提出了市电直供技术中市电/交流UPS和市电/336V直流两种供电方案，探讨了两种方案的供电架构设计及电源设备选型要求，为市电直供技术在数据中心的广泛应用提供指导。

市电直供；市电/交流UPS；市电/336V直流；构架设计；设备选型

引言

随着“互联网+”战略的推进，信息技术得到进一步发展，大数据和云计算与各个行业进行了融合，从而进一步促进了各个产业的发展，为社会经济的发展提供了基础。为了能够更好地确保数据中心供电效率，控制能源的消耗，近年来我们一直在研究数据中心供电节能技术并取得了很好的效果。

就目前的情况来看，我国不仅进一步推动高效率电源设备的应用，例如模块化UPS电源、336 V直流电源等；同时也积极引进新型的供电技术，例如市电直供技术、分布式供电技术以及储能技术等。随着社会的不断发展，对于电能质量要求越来越高，数据中心设备供电技术也逐渐改变，由2N交流UPS双路供电逐步向市电逐渐发展，从而能够进一步提高整体的供电效率，确保供电质量。具体见图1。

1 市电直供技术定义

市电直供技术是指ICT设备一路采用市电直供，另一路采用不断电源（UPS/HVDC）供电的供电方案，供电架构示意如图2所示。

图1 不同供电技术供电效率对比

图2 市电直供架构示意图

如果供电回路中一路出现故障，如市电供电异常（如电压幅值或频率异常）时，就需要进行电源的切换，从而保证供电的正常运行。市电直供技术具有非常重要的作用，不仅能够有效地确保供电的可靠性，同时也能够减少换流环节，控制能源的消耗，提高供电效率，目前达到98%。对于不间断电源的选择，市电直供技术主要分为两种方案，即市电/交流UPS供电方案和市电/336 V直流供电方案。

1.1 市电/交流UPS供电方案

ICT设备内置电源模块（PSU）按“1+1”配置，其中1个配置220 VAC/12 VDC模块，主要使用220 V交流市电电源供电，而另外一个主要配置220 VAC/12 VDC模块，同时使用UPS交流电源供电。对于这2个模块主要作用是备用，摊铺是能够为12 V直流输出端并联给ICT设备进行供电。供电架构示意图如图3所示。

ICT设备通过管理2个PSU，能够百分之百确保市电直供回路的供电。UPS交流供电主要是作为备份，而对于市电侧供电效率也达到了98%，而直流侧供电其效率的范围在93%～94%之间。

图3 市电/交流UPS供电架构示意图

1.2 市电/336 V直流供电方案

ICT设备配置一样，而另外一个是配置336 V DC/12 V DC模块，同时使用336 V进行直流电源供电。这2个模块的主要作用是备用，在12 V直流输出端并联给ICT设备供电，供电架构示意图如图4所示。

ICT设备通过管理2个PSU，能够百分之百确保市电直供回路的供电，336 V直流供电也成为主要备份，市电侧供电效率也达到了98%，而336 V直流侧供电的效率为95%。

2 市电直供的电源设备选型要求

为了能够更好地确保供电安全，提高供电效率，当ICT设备使用市电直供的时候，需要确保不间断电源设备以及配电设备等方面满足相关标准要求[1]。

图4 市电/336 V直流供电架构示意图

2.1 不间断电源设备选型要求

如果使用UPS交流电源，首先需要进行交流电源的模块化选择，UPS的整流器必须具备相应的功能，同时确保整个电路开启。如果市电供电回路出现异常情况，UPS就需要选择启动整流器，将其转化为双变换工作模式。

如果使用336 V直流电源的时候，整流模块需要保证有休眠功能。市电在正常供应的时候，所有模块都需要选择使用轮巡的模式。如果市电供电回路出现问题，就需要使用相应的设备进行供电，保证整个模块的顺序，同时确保系统在10 s以内具有相应的功率，满足实际的需求。

2.2 ICT设备电源（PSU）模块选型要求

（1）双路PSU主要模式有主备用以及并联工作模式，从而能够确保市电的直接供应。

（2）耐冲击能力需要保证达到2 kV以上，同时对于特殊的情况需要选择范围在2.5～3 kV之间。

（3）保证供电电压的范围控制在﹣20%～15%以上。

（4）谐波：30%负载率，10%；50%负载率，8%；100%负载率，5%。

（5）功率因数：负载率30%～100% 范围内，同时保证输入功率因数小于之前。

（6）效率：白金级以上，40%～70%负载率范围内必须要大于94%。

2.3 低压配电设备配置选型要求

市供电回路配电必须要小于三级，特别重要的负荷主要为二级。

市电供电回路需要具有防电涌冲击保护的功能，同时需要充分考虑防电涌冲击、ICT设备电压耐受之间的配合。如果不能够有效地满足电压的需求，可以选择使用TVSS。

ICP设备出现超前功率因数的时候需要做好补偿工作。ICT设备输入谐波如果达不到相关标准，就要求采取有效措施进行治理[2]。需要注意的是在进行补偿和治理的时候都要在二级配电设备中进行。

ICT设备由一路市电和一路不间断电源供电时，市电供电回路和不间断电源供电回路都要从各个路段进行。如果是双路进线，就要保证选取的母线对应相应的进线。

3 应用推广建议

对现网服务器进行市电直供的时候，需要根据服务器A和B进行电源模块（PSU）冗余设置，确保整体运行，保证均分供电。

对新建服务器A、B电源模块PSU主备冗余设置的时候，需要将市电和与不间断电源作为主要的供电。

ICT设备在进行采购的时候要注意：ICT设备交流输入时，要求功率因数大于0.95，同时要求谐波含量小于5%，因此通常情况下ICT设备在上架之前就要做好设备的测试工作。

当ICT设备的各个因素不符合要求的时候，包括功率因数、谐波等，需要配置APF、SVG等补偿滤波设备，从而确保整体的治理水平。

4 结束语

随着社会的不断发展，越来越多的通信电源新技术被应用，进一步提高了通信电源设备的可靠性。在实际应用中要做好数据中心基本规划、设计工作，同时不断更新建设人员和维护人员的观念，完善相关规范和标准。目前，应将市电直供技术作为数据中心机房中非常重要的一种供电解决方式，重点加强对其的研究。

[1]黄焱，王鹏，谢高辉，等. 智能电网下数据中心能耗费用优化综述[J]. 浙江大学学报（工学版），2016，50（12）：2386-2399.

[2]陆疆. 电力企业数据中心建设之我见[J]. 通讯世界，2013（19）：105-106.

Discussion on Application of Mains Direct Supply Technology in Data Center

Ma Yanxu

China Mobile Communications Corporation Design Institute Information and Energy Institute Co., Ltd., Beijing 100080

The continuous development of society is increasingly demanding power supply companies. In order to improve the power supply efficiency and control the energy consumption, the power supply/AC UPS and the mains/336V DC power supply solutions of the main power supply technology are proposed. The power supply architecture design and power supply of the two solutions are discussed in depth. Equipment selection requirements provide guidance for the widespread application of utility power supply technology in data centers.

direct supply from municipal power; mains/AC UPS; mains/336V DC; frame design; equipment selection

TN492

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