摘要：本文通過將(jiāng)數(shù)據中心(xīn)作為主要研究對象(xiàng)，采用文(wén)獻研究(jiū)法(fǎ)，實踐調查(chá)法等研究方法，以UPS配(pèi)電(diàn)係統為(wéi)例(lì)，對數據(jù)中心IDC配電係統優化設計進(jìn)行(háng)簡(jiǎn)要分析(xī)
。並從(cóng)選(xuǎn)用(yòng)高效節(jié)能設備(bèi)，優(yōu)化機房布置等角度(dù)出發(fā)，對如何(hé)落(là)實(shí)數據(jù)中心IDC機房(fáng)能源(yuán)管理提(tí)出(chū)幾(jī)點有效措施以供參(cān)考
。

關鍵詞：數據中(zhōng)心；IDC配電係(xì)統；優化設計(jì)；能源管(guǎn)理(lǐ)

1 數(shù)據中(zhōng)心IDC 配電係統優化(huà)設計

1.1 UPS設(shè)備(bèi)的設計(jì)優(yōu)化

1.1.1提(tí)高UPS負荷率

數(shù)據中(zhōng)心(xīn)在選擇(zé)使(shǐ)用UPS配電(diàn)係(xì)統(tǒng)並對(duì)其(qí)進行優化設計(jì)時，首(shǒu)先需要對(duì)UPS設備的設計(jì)選用進行相應(yīng)優化
。通過結(jié)合當前(qián)某(mǒu)數(shù)據(jù)中心安(ān)裝(zhuāng)的上(shàng)百(bǎi)台(tái)UPS設備運行(háng)情(qíng)況，根據工作人員采集(jí)得到的(dí)相關(guān)數據(jù)可知(zhī)，有超(chāo)過60%的(dí)UPS設(shè)備運行負荷(hé)率(shuài)為20%到(dào)30%，有(yǒu)接近30%的(dí)UPS設(shè)備負荷率不足20%
。而通(tōng)過結(jié)合(hé)其他相關(guān)研究資料(liào)，也有(yǒu)學(xué)者指(zhǐ)出(chū)當前(qián)我國(guó)大多數數據中(zhōng)心使(shǐ)用(yòng)的(dí)UPS係統(tǒng)有(yǒu)至少(shǎo)40%的負荷率未能得到有效使用(yòng)
。因此從(cóng)理論(lùn)上(shàng)來(lái)說，通過對當(dāng)前(qián)UPS設備(bèi)負(fù)荷增加25%IT負荷(hé)，有助(zhù)於提(tí)高UPS設(shè)備可(kě)用(yòng)容量(liáng)的利(lì)用(yòng)率，以此(cǐ)達(dá)到(dào)提升(shēng)UPS係(xì)統(tǒng)應用(yòng)效益(yì)的目(mù)的
。

1.1.2合理(lǐ)設定(dìng)PF值

在數(shù)據(jù)中(zhōng)心當(dāng)中(zhōng)UPS設備(bèi)的用(yòng)電(diàn)量(liáng)相(xiāng)對較大，該設備輸入功率因(yīn)數對整(zhěng)個數(shù)據中(zhōng)心IDC配電係(xì)統電(diàn)能質量有(yǒu)著(zhuó)直(zhí)接的影(yǐng)響(xiǎng)作用(yòng)
。一般存在於交流電路中的(dí)相(xiāng)移功率(shuài)因數即(jí)PF指的(dí)就是(shì)電壓(yā)與電流的(dí)相位(wèi)差(chà)餘(yú)弦值(zhí)，其(qí)計算(suàn)公式(shì)如下：

在(zài)這一公式當(dāng)中，cosφ代表著(zhuó)功率因(yīn)數符號，THD代表著(zhuó)總諧波電(diàn)流(liú)畸變(biàn)率(shuài)
。以某(mǒu)數據中心實際(jì)負(fù)載(zǎi)率(shuài)為(wéi)6%的(dí)UPS設備(bèi)為例(lì)，當(dāng)UPS負載率不(bù)高(gāo)的情(qíng)況下(xià)，經(jīng)測試可知(zhī)其實際值cosφ為0.98，此(cǐ)時對(duì)應的總諧波電流畸(jī)變率約為(wéi)30%
。由(yóu)於(yú)UPS設備負載率並(bìng)不高(gāo)，此時負載基本(běn)等同(tóng)於高(gāo)頻非(fēi)綫(xiàn)性(xìng)負(fù)荷(hé)，加(jiā)之(zhī)基(jī)波電流I值也相對(duì)較小，在受到客觀存在的諧(xié)波(bō)的(dí)影(yǐng)響下容(róng)易增加(jiā)UPS設備的THDi值，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備功率(shuài)因數PF減小
。但(dàn)根(gēn)據檢測結(jié)果，在UPS負(fù)載率(shuài)處於正(zhèng)常狀態時(shí)，其(qí)cosφ值與(yǔ)PF值基(jī)本為1，對應的(dí)總諧波(bō)電(diàn)流畸(jī)變率*大值為10%，因此(cǐ)如果(guǒ)數(shù)據(jù)中(zhōng)心IDC配電係統(tǒng)選擇使用(yòng)UPS係(xì)統(tǒng)， 則可以通(tōng)過(guò)嚴格按(àn)照(zhào)國家相(xiāng)關標準要求對電容補償裝 置進行優(yōu)化(huà)，如(rú)可以(yǐ)根據(jù)變壓器容量(liáng)的(dí) 30%進行(háng)電容補(bǔ)償，選用(yòng)輸入功率(shuài)因(yīn)數至少(shǎo)為(wéi) 0.95 的 UPS 設(shè)備，在有(yǒu)效(xiào)落實(shí)減(jiǎn)配的(dí)同時也可以(yǐ)達到節約(yuē)投(tóu)資(zī)的(dí)效果
。

1.1.3調(tiáo)整輸(shū)出功(gōng)率因數

在(zài)眼下服務(wù)器(qì)電源功率(shuài)因(yīn)數(shù)的逐漸(jiàn)提高(gāo)下(xià)，UPS設備提(tí)高(gāo)輸出(chū)性能(néng)才(cái)能有效滿(mǎn)足服務器電源(yuán)容性負載(zǎi)輸(shū)入特性(xìng)
。根(gēn)據相關研(yán)究資(zī)料可(kě)知(zhī)，當前(qián)服務(wù)器(qì)功率因(yīn)數基本為容(róng)性-超(chāo)前(qián)0.9～0.95，按照(zhào)國家(jiā)相關標(biāo)準要(yào)求，可(kě)以使用(yòng)實(shí)際UPS設備機架(jià)負(fù)荷(hé)值(zhí)與0.7（kW/kVA）作比的(dí)方式計算出(chū)UPS設(shè)備(bèi)的總(zǒng)容量，要(yào)求UPS設備的額定容量(liáng)與0.7（kW/kVA）的乘積(jī)不得(dé)超(chāo)過UPS設(shè)備(bèi)輸出功率[1]
。但本文在對當前(qián)市麵(miàn)中常(cháng)見(jiàn)的集(jí)中UPS設備(bèi)輸出(chū)功(gōng)率(shuài)因數(shù)進(jìn)行(háng)了解(jiě)時，發(fā)現(xiàn)其輸(shū)出(chū)功率(shuài)因數(shù)均可(kě)以達到0.9，部分UPS設備(bèi)輸出功(gōng)率因數(shù)可(kě)以(yǐ)達(dá)到1，事(shì)實上如果(guǒ)UPS輸(shū)出功率因(yīn)數超過0.9，此(cǐ)時在不降(jiàng)容的(dí)情況下設備依(yī)舊可(kě)以正常使(shǐ)用
。例如(rú)某400kVA的UPS設備商可以直(zhí)接帶載功率為360kW的服(fú)務器設備
。綜(zōng)合(hé)考(kǎo)慮，在優(yōu)化UPS設備時，可以規定其輸(shū)出(chū)功率不得低於(yú)設(shè)備額定容(róng)量與0.9（kW/kVA）的乘積
。並且在設(shè)置UPS係(xì)統時(shí)直接按(àn)照90%設定*高帶(dài)載率，此(cǐ)時UPS容(róng)量計(jì)算公式為(wéi)：UPS總容(róng)量=機架(jià)負荷（kW）/0.9(kW/kVA)/0.9(負荷率(shuài))

1.2 UPS係統(tǒng)模(mó)式(shì)的(dí)優化

在運用(yòng)UPS係統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)IDC配(pèi)電係(xì)統並(bìng)對其進行(háng)優(yōu)化設計的過程中(zhōng)，考慮(lǜ)到(dào)絕(jué)大多數數(shù)據中心選擇使(shǐ)用的(dí)UPS係統為2N雙總綫係統，負(fù)責將(jiāng)雙路(lù)持續交流(liú)電源(yuán)提(tí)供(gōng)給各重要(yào)IT設備，以保障其實現長(cháng)久穩定運行
。而這一係統所屬於冗(rǒng)餘(yú)係統，係統(tǒng)構成(chéng)至(zhì)少(shǎo)為兩(liǎng)套(tào)UPS係統，係統(tǒng)基本(běn)容量即為(wéi)任意(yì)一套(tào)UPS係統中(zhōng)N台UPS設備總容量
。在UPS設備的作用(yòng)下，係(xì)統交(jiāo)流(liú)輸(shū)入直至(zhì)雙電源輸入負(fù)載為兩條(tiáo)獨(dú)立(lì)的(dí)供電(diàn)綫路，當(dāng)數(shù)據中心配(pèi)電係(xì)統處(chǔ)於正常(cháng)運(yùn)行狀態下，任意一(yī)套UPS係統(tǒng)隻負責對總(zǒng)負(fù)荷當中的一(yī)小(xiǎo)部分負荷進行(háng)承(chéng)擔，利用這一(yī)多電源係(xì)統冗(rǒng)餘的形式進行(háng)供電(diàn)，可以有(yǒu)效(xiào)改(gǎi)善傳(chuán)統(tǒng)單電(diàn)源係(xì)統中(zhōng)容(róng)易(yì)出現單點故(gù)障(zhàng)的問題
。如果(guǒ)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)的規(guī)模(mó)相對較(jiào)大，但擁(yōng)有的(dí)單(dān)電源(yuán)設備相對較少，則可以(yǐ)根(gēn)據(jù)其實(shí)際(jì)情(qíng)況規(guī)範安(ān)裝(zhuāng)小型(xíng)的(dí)STS設(shè)備，使得電源設(shè)備能夠獲得穩定，持久的安(ān)全(quán)供電源
。

在該係統處於正(zhèng)常(cháng)運(yùn)行狀(zhuàng)態(tài)下(xià)，係統當(dāng)中的兩套UPS係統(tǒng)將(jiāng)同(tóng)步(bù)運(yùn)行(háng)，各自承(chéng)擔(dān)50%的總負(fù)荷
。從各低(dī)壓(yā)母綫段中引(yǐn)入(rù)的兩(liǎng)套(tào)UPS係(xì)統交流輸入，可以(yǐ)使(shǐ)得(dé)整(zhěng)個(gè)雙(shuāng)總綫供(gōng)電係統(tǒng)的安全(quán)可靠(kào)性(xìng)得(dé)到(dào)大大提高
。即便(biàn)在該(gāi)係統當(dāng)中(zhōng)某(mǒu)一UPS係(xì)統(tǒng)無法正常運(yùn)行，或是(shì)出現包括(kuò)輸出中(zhōng)斷等在內(nèi)的異(yì)常(cháng)情況(kuàng)，均不會(huì)對雙(shuāng)電(diàn)源(yuán)負載供(gōng)電產生實質性影響，此(cǐ)時(shí)隻有與(yǔ)存在異常(cháng)情況(kuàng)的UPS組(zǔ)單電源(yuán)負載(zǎi)相接(jiē)的(dí)供電被(bèi)切斷
。經過優(yōu)化(huà)後的(dí)數(shù)據中心配(pèi)電係統中(zhōng)采(cǎi)用(yòng)兩(liǎng)套(tào)UPS係統，各係統相(xiāng)互獨立完成供配電，避免係統出現單(dān)故(gù)障(zhàng)點，有(yǒu)助於(yú)提高係(xì)統的(dí)容錯性與(yǔ)安(ān)全可(kě)靠(kào)性(xìng)[1]
。在(zài)後(hòu)續(xù)的(dí)係(xì)統運維管理(lǐ)中(zhōng)，工作(zuò)人(rén)員(yuán)可直(zhí)接省(shěng)略將負載轉為旁(páng)路模式(shì)的步驟，有助於提高(gāo)配電係(xì)統及各配電設(shè)備的(dí)運維管(guǎn)理成(chéng)效
。

2數(shù)據中心IDC機房能源(yuán)管理(lǐ)措施分(fēn)析

2.1積極(jí)優(yōu)化(huà)機房(fáng)布置(zhì)

在對數據中(zhōng)心IDC機(jī)房(fáng)進(jìn)行(háng)能源管(guǎn)理的過程中，為有效提高(gāo)其節能成(chéng)效，工作人員需要立足機房(fáng)實際科(kē)學優化(huà)機房(fáng)布置
。一方麵(miàn)，按照前進後出，水平通風(fēng)的(dí)原則(zé)選(xuǎn)用(yòng)和進排風結構(gòu)一致的機(jī)櫃作為(wéi)數(shù)據中心IDC機房機櫃，另(lìng)一方(fāng)麵，為(wéi)防止設(shè)備(bèi)在(zài)運行過程中產(chǎn)生(shēng)大量熱空(kōng)氣(qì)同(tóng)空調(tiáo)機產(chǎn)生的冷送(sòng)風(fēng)相(xiāng)互混合(hé)，導(dǎo)致數據(jù)中心(xīn)容(róng)易(yì)出現(xiàn)諸(zhū)多(duō)局部熱點(diǎn)而影響空調原本的製冷效率，大(dà)大增加空(kōng)調能耗(hào)
。工(gōng)作人(rén)員(yuán)可(kě)以(yǐ)選(xuǎn)擇將其(qí)安(ān)裝(zhuāng)在機架當中無設(shè)備處(chǔ)，使(shǐ)得(dé)進入(rù)到(dào)設備當中的(dí)進風溫度能(néng)夠具有良好(hǎo)的(dí)穩定性(xìng)
。另(lìng)外(wài)，如(rú)果選擇(zé)使用帶(dài)有機櫃(guì)門的(dí)機(jī)櫃，則(zé)需要保障其(qí)開(kāi)孔(kǒng)率至少為60%，防止機櫃(guì)出現吸排(pái)風(fēng)通道受(shòu)阻的情(qíng)況而(ér)影響整體(tǐ)冷卻效果(guǒ)
。

2.2運用(yòng)高(gāo)效(xiào)節能(néng)設備

在數據中心IDC機房當(dāng)中選用優化(huà)的(dí)UPS係統，通過充(chōng)分發揮UPS設(shè)備的高(gāo)效(xiào)性，同樣(yàng)可(kě)以達(dá)到(dào)良(liáng)好(hǎo)的節(jié)能(néng)效(xiào)果(guǒ)
。如某(mǒu)數據(jù)中心在2015-2018年間，分(fēn)別建(jiàn)設(shè)了15台，20台和(hé)25台經過上(shàng)述(shù)方(fāng)式優化(huà)處(chǔ)理的(dí)400kVAUPS設備，在(zài)每一條UPS設備負(fù)載電(diàn)流(liú)值為(wéi)200A，與(yǔ)同期(qī)相比(bǐ)，該(gāi)數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)在2015年(nián)到2018年間(jiān)利用高效UPS係統(tǒng)後(hòu)的節(jié)電量分(fēn)別(bié)達(dá)到了68萬(wàn)度，91萬度以(yǐ)及(jí)137萬度(dù)[2]
。在(zài)空(kōng)調(tiáo)係(xì)統(tǒng)設(shè)備(bèi)選用(yòng)中(zhōng)，數據中(zhōng)心(xīn)IDC機房(fáng)可(kě)選擇使(shǐ)用節(jié)能(néng)性(xìng)良(liáng)好的水冷(lěng)係(xì)統，同時積極對(duì)機(jī)房(fáng)進行(háng)開(kāi)窗通(tōng)風，從而(ér)借助(zhù)自然風有效(xiào)降低設備溫度(dù)並(bìng)獲得良(liáng)好(hǎo)的(dí)節能效果(guǒ)
。

3能耗(hào)統(tǒng)計分(fēn)析（能(néng)源(yuán)管理）解(jiě)決(jué)方(fāng)案

  建立高效的(dí)能耗(hào)監(jiān)測管(guǎn)理(lǐ)係統(tǒng)，對(duì)建築(zhù)各類(lèi)耗能設(shè)備(bèi)能耗數據(jù)進(jìn)行(háng)實時(shí)測量，對采(cǎi)集數據進(jìn)行統(tǒng)計和(hé)分析
。能(néng)夠合(hé)理的確定各區(qū)域(yù)建(jiàn)築能耗(hào)經(jīng)濟(jì)指(zhǐ)標及績(jì)效(xiào)考核指(zhǐ)標，發現能(néng)源使(shǐ)用規律和能(néng)源浪(làng)費情況(kuàng)，提(tí)高(gāo)人員(yuán)主動節能(néng)的(dí)意識
。

①　搭(dā)建數據(jù)中心智(zhì)慧能源管理係統的基(jī)本框架(jià)，對(duì)各個用(yòng)能環(huán)節(jié)進行(háng)實(shí)時監(jiān)測(cè)；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通(tōng)過係(xì)統(tǒng)可(kě)實現建(jiàn)築(zhù)單(dān)位(wèi)內(nèi)人(rén)均(jūn)能耗(hào)分析（包括(kuò)水，電，能(néng)量(liáng)），實現(xiàn)低(dī)碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效(xiào)比(bǐ)：實現(xiàn)建築(zhù)單(dān)位內(nèi)區域(yù)能(néng)耗(hào)對(duì)比(bǐ)，方便能耗(hào)考核；

④　同期能效(xiào)比：實現(xiàn)同(tóng)年，同(tóng)期，同一(yī)區(qū)域能(néng)耗(hào)對(duì)比，方便(biàn)節能數據(jù)分析(xī)；

⑤　能耗(hào)評(píng)估(gū)管理(lǐ)：按照(zhào)能源(yuán)消(xiāo)耗定(dìng)額標準約(yuē)束(shù)值，標(biāo)準(zhǔn)值(zhí)，引導(dǎo)值(zhí)進行分析(xī)單位麵(miàn)積能耗(hào)和人均能(néng)耗指標；

⑥　能耗競爭排(pái)名：各(gè)個(gè)功能(néng)區能耗(hào)對比，實(shí)現能耗排(pái)名(míng)，增(zēng)強工(gōng)作(zuò)人員(yuán)的節(jié)能意識(shí)；

⑦　對能耗的使(shǐ)用(yòng)數(shù)據進行綜(zōng)合的(dí)分(fēn)析(xī)，統(tǒng)計(jì)，打(dǎ)印和(hé)查(chá)詢(xún)等功(gōng)能，並根據能(néng)耗監測(cè)管理(lǐ)係統(tǒng)的需(xū)要可(kě)選擇不(bù)同樣(yàng)式報(bào)表(biǎo)的打(dǎ)印(yìn)
。為能(néng)耗運(yùn)營管理部(bù)門提供(gōng)可靠的依據；

⑧　能耗(hào)數(shù)據采集，隨時(shí)查詢，並根(gēn)據采集(jí)數據進行(háng)統計分(fēn)析(xī)，監測(cè)異常能(néng)源用(yòng)量，對能(néng)源(yuán)智(zhì)能(néng)儀表(biǎo)故(gù)障進行(háng)報警，提(tí)高(gāo)係統(tǒng)信息化，自(zì)動(dòng)化(huà)水平(píng)
。

4能源管理(lǐ)係(xì)統

5結(jié)束語(yǔ)

總而言之(zhī)，工作(zuò)人(rén)員在對數(shù)據中心IDC配電係(xì)統進(jìn)行(háng)優化(huà)設(shè)計的(dí)過程中(zhōng)，需(xū)要充(chōng)分(fēn)結合(hé)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)配(pèi)電係(xì)統實際情(qíng)況及運(yùn)行要求，並嚴格按(àn)照國家(jiā)相(xiāng)關(guān)規程(chéng)規定(dìng)，合理選(xuǎn)用高效(xiào)的UPS設備並注(zhù)重增(zēng)加備用設(shè)備(bèi)與(yǔ)綫路，以此有效(xiào)提(tí)高(gāo)配電係統的運(yùn)行(háng)穩定(dìng)性
。在開展能源(yuán)管理工(gōng)作中，工(gōng)作(zuò)人員(yuán)同樣(yàng)需(xū)要主動運用(yòng)高(gāo)效，節能(néng)的設備，在對機(jī)房進(jìn)行優化布(bù)置並積極運用各種(zhǒng)先(xiān)進(jìn)信息(xī)技(jì)術下(xià)，使得IDC機房(fáng)可(kě)以獲得更高的(dí)節能(néng)管(guǎn)理成(chéng)效
。

【參(cān)考(kǎo)文(wén)獻(xiàn)】 

【1】張 翔.IDC業務(wù)預測與(yǔ)基(jī)地工(gōng)程建設(shè)方案研(yán)究[D].長(cháng)安(ān)大學，2017.

【2】滕(téng)信(xìn)根．數(shù)據中心(xīn)IDC 配電(diàn)係(xì)統優化(huà)與(yǔ)能源(yuán)管(guǎn)理［Ｊ］．電力訊息，2019（05）：02-03.

【3】安科瑞(ruì)企業微(wēi)電(diàn)網(wǎng)設(shè)計與(yǔ)應用手冊2022.5版(bǎn)