1   现代数据中心对供电系统的要求和存在的问题

规划设计是供电系统建设中最重要的环节,规划设计决定着整个供电系统的需求目标和规模、近期和远期升级扩展计划、可用性级别、能源效率及预期目标,它指导和规定了供电系统建设的整个过程,实际上对设备选型、施工安装和运行维护等都做了严格明确的规定。规划设计阶段应当充分考虑未来的可持续发展能力,也就是说既要满足当前发展的需要,又要考虑未来发展的需要,要考虑并确定的因素包括:供电系统的级别定位、供电系统的方案类型、可持续发展能力、系统的可用性、系统的经济性、系统的可服务性等。

1.1   现代数据中心对供电系统的要求

《ANSI/TIA-942-2005数据中心通信基础设施标准》是美国通信工业学会(TIA)TR-42.2委员分会制定、由美国国家标准学会(ANSI)和美国通信工业协会(TIA)颁布的数据中心通信基础设施标准,是一部以数据中心为对象的技术规范,为现代数据中心设计提出了新的设计理念、系统架构与技术标准,成为当今商业建筑建设过程中通用的遵循标准之一。该标准规范了数据中心机房场地、供电、冷却、安防、地面承载、接地、电气保护以及其它工程和建筑上需要满足的条件,并依据可用性级别把机房设施功能分为四级。并根据可用性要求,提出了基础设施(供电、空调制冷以及其他的相关系统)的可用性等级指标。

随着数据中心技术的发展和对基础设施要求的提高,供电系统的规划设计者通常把第三和第四级作为供电系统规划设计和安装的最终要求和指南。

等级III数据中心的基础设施可概括为具备“同时可维修性”。

针对供电系统,等级III考虑到了任何有计划的供电系统活动安排,而不应使IT设备硬件系统运行中断。有计划的活动安排包括预防性和程序性的维护修理、零部件更换、新设备的增加(扩容)或调整部件的容量、部件和系统的测试等。该要求意味着供电系统要配置两条独立的线路,在进行维修或者在一条线路上测试时,另一条线路要保证有足够的容量维持系统正常运行。但是无计划的活动,例如供电系统的设备在运行中或者自然的情况下发生故障,仍然会造成数据中心的运行中断。等级III由多条有效的电力线路组成,但是只有一条路正常运行,有多余的备用组成部分,所以可在系统正常运行的情况下进行有计划的工作安排,具有可同时维修功能。

等级IV对基础设施的要求可概括为具备“故障容错”功能。

针对供电系统,等级IV考虑到了任何有计划的供电系统活动安排,都要保证系统关键负载不中断运行。在系统结构上需要同时有两路在线运行,供电系统应该是两个独立的UPS系统冗余。关键负载的最大负荷不应超过每一个系统最大输出容量的90%。等级IV要求全部IT设备硬件有故障容错的双电源输入。严格的故障容错能力使数据中心具有维持无计划故障或者运行错误时,不发生机房供电中断的能力。

数据中心场地基础设施的分类等级及可用性指标,对数据中心场地基础设施的设计、施工、检测、评估有着重要的意义,也是现代数据中心供电系统规划建设的重要准则,是衡量供电系统是否达到相应建设水准的重要依据。

1.2   现代数据中心供电系统的组成

根据标准等级IV的要求,现代数据中心的供电系统的典型架构如图1.1所示。图中是典型的符合等级IV的现代数据中心供电系统架构示意图。严格的故障容错能力使数据中心具有维持有计划运行维护和无计划故障或者运行错误时,不发生机房供电中断的能力。

图1.1  现代数据中心供电系统的典型架构

交流输入配置了两路电源——主供电电网和完全独立的备用电网或柴油发电机,且配电线路也是冗余的。在主供电电网故障时,柴油发电机有10～15s的起动时间,转换开关也有百毫秒级的转换时间,但在后级UPS支撑下,不会对关键负载设备产生影响。

UPS系统是完全独立的双总线系统,两个系统中的所有设备包括输入转换开关都是相互隔离和冗余的。

UPS输出配电也是冗余的,通过两条相互隔离和冗余的线路向双输入负载供电。

机房照明、安全、空调制冷及其它设备的供电也实现了冗余容错功能。

在实际供电系统的规划设计中,由于数据中心的性质、规模、外部条件等因素的不同,特别是用户和设计者在观念和倾向性方面的差别,所采用的供电方案和配置细节方面会有较大的区别。

1.3   现代数据中心供电系统存在的问题

长期以来,业界对供电系统的认识一直停留在电力电子技术层面,很少有权威的专业机构认真地研究用户在使用过程中存在的系统规划设计和方案配置的问题。传统供电系统中存在的问题更多地表现在系统规划设计、供电方案的选择、设备的正确使用等系统工程方面,特别是很多错误的观念和设备厂商的误导,使这些问题更加严重和难以解决。归纳起来有以下六个方面的问题:

(1)过度规划和生命周期成本问题;

(2)供电系统的适应性及可扩展性;

(3)供电系统可用性问题;

(4)设备的安装与使用问题;

(5)UPS对供电系统的可管理性问题;

(6)可修复和维护问题。

对以上问题的描述可见表1.1。

（御风）