一、引言
　　
　　随着数字化时代的到来,数据中心的需求不断增长。小母线供配电系统和列头柜供配电系统是两种常见的选择。它们在设计、布线、容量和可靠性等方面有着不同的特点。
　　
　　1.小母线供配电系统
　　
　　数据中心小母线系统是数据中心末端母线供配电系统的俗称。数据中心小母线的概念是针对干线容量而言,通常在100A到630A范围内。此类母线始端箱与大母线或者前端大型配电室的线缆对接,通过母线干路传输至每个插接箱,再有插接箱分配至每个IT机柜中,与末端PDU连接构成数据中心小母线终端供配电系统,
　　
　　2.列头柜配电系统
　　
　　数据中心列头柜说法来自通常放置于一列IT机柜始端的配电机柜,作为一列或若干列IT机柜的电源分配与保护的终端配电柜。列头柜可以用多配的方式连接到上游配电柜或与主干路小母线,再通过线缆与各个IT机柜的PDU连接构成数据中心传统的终端供配电系统。
　　
　　3.数据中心场景中的优缺点
　　
　　数据中心应用与其他应用相比较,数据中心存在极大的不确定性。采用传统列头柜形式供配电系统只能按照预计进行设计规划,遇到实际应用与投产时间发生变化,系统难以变更,造成在满足实际需求与资金成本方面存在弱点。
　　
　　A级数据中心的供配电架构为2N冗余,或者采用N+1冗余,二种模式都具有不依赖单条线路的特点。因此,以考虑母线干线发生故障时,影响范围大的缺点很大程度上被弱化。
　　
　　数据中心小母线供配电系统在弱化了干线发生故障影响范围大的问题后,由于具有适应数据中心存在极大的不确定性的实际情况。在按需灵活配置、按投产进度适时配置以及变更后的利旧有很大的天然势。同时还具备如下特点:
　　
　　空间效率高:小母线系统利用平面布线,更多占用纵向空间。这对于有面积限制的数据中心来说可以更好地利用空间。
　　
　　容量可扩展:小母线系统可以根据需要进行容量扩展。当功率需求增加时,可以相对容易地添加额外的母线直线段用来匹配增多的机柜。
　　
　　灵活性强:小母线系统可以灵活地分配电力负载。通过分支装置,可以将电力传输到不同的设备和机柜中,提供更好的灵活性和可管理性。
　　
　　可靠性高:小母线系统具有较低的电阻和电感,可提供更高的电力传输效率,降低能量损耗。
　　
　　二、模拟项目分析
　　
　　以1个600平方米的典型机房进行分析,其中可用IT机柜162个,每列18个IT机柜。总容量干路电流400A。19英寸标准600宽度机柜配置2路63APDU(单相)。
　　
　　低压配电侧对于机房整体PUE的影响,主要体现在两个方面:
　　
　　电流通过导线(电缆或小母线)时,因为导线自身电阻产生的自发热功率Pw;
　　
　　因导线产生自发热功率Pw,需求与之匹配制冷系统的制冷功率Pr,以保证导线自身发热能够有效排出,不产生积热现象。
　　
　　1.小母线供电
　　
　　机房采用母线布线方案,交流母线内部三路铜排。机房布置按400A,18个机柜;母线规格为40*5mm2(交流)。
　　
　　母线的发热量包括母线的功率损耗发热和外壳感应散热两部分,其中外壳感应散热部分由于突破电气Topline-G系列小母线采用独特的塑料件接触式设计,感应散热可忽略不计。
　　
　　母线功率损失造成发热量计算公式:
　　
　　具体参数详见表1。

       
　　2.列头柜供电(见图1所示)
　　
　　列头柜按双回路供电设计,列头柜输入来自UPS的A、B两路电源。A/B路列头柜至各IT机柜配电通过地板下强电线槽分别引线至每台机柜并与机柜内PDU的工业连接器连接实现供电。
　　
　　机房采用列头柜+电缆布线方案,其发热热量来自载流铜导体的热损失。
　　
　　电缆功率损失造成发热量计算公式:
　　
　　具体参数详见表2所示。
　　
　　3.对比分析PUE值
　　
　　随着母线发热功率的降低,所以机房内空调的热负荷也相应降低了。根据国标GB19576-2019,选取空调平均AEER为3.60,详见表4。
　　       
　　小母线方案机房合计降低功耗为:
　　
　　Δq=0.431+1.552=1.983kW
　　
　　默认母线功耗即为机房IT设备功耗
　　
　　母线机房PUE降低计算公式:
　　
　　ΔPUE=Δq/Q=0.0098
　　
　　通过在典型场景下,低功耗母线方案比传统电缆方案,相对功耗降低48.5%,机房整体PUE降低0.0098,详见表3和表5。
　　

   将PUE优化转化为节省的电费则更为直观,以北京亦庄经济开发区的数据中心为例,详见表6。根据电价政策,北京市冬季高峰时段为10:00-15:00、18:00-21:00,共计8小时;平段时间为7:00-10:00、15:00-18:00、21:00-23:00、共计8小时;低谷时间为23:00-次日7:00,共计8小时。
　　
　　模拟某A数据中心拉取10kv的总容量的工业用电,则在11月18柜的总节省电价
　　
　　(8h×0.8230元/kWh+8h×0.5556元/kWh+8h×0.2952元/kWh)×1.98kW×30+48元/kW•1.98KW=890元
　　
　　放大至162柜的整个数据中心,则每月可以节省8010元。夏天等尖峰用电时期则可以节省更多。
　　
　　三、结束语
　　
　　目前小母线方案比较列头柜的方案每个机柜在IT终端配电环节通常增加20%的成本，而通过增加IT柜换取更多的租赁费的投资回报收益中可以预期在2年内收回小母线方案增加的一次性投入成本。
　　
　　同时小母线供配电系统在数据中心中的应用可以显著降低PUE值。通过提高电力传输效率、灵活的负载管理、容量扩展和可升级性以及精确的电力监测,数据中心可以实现更高的能源利用效率,减少能源消耗和运营成本。这些技术内容对于理解小母线方案在提高数据中心能效方面的优势至关重要。
　　
　　编辑：Harris