1 概述
　　
　　(1)模块化概念
　　
　　模块化数据中心是基于云计算的新一代数据中心部署形式,为了应对云计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器发展的趋势,其采用模块化设计理念,最大程度的降低基础设施对机房环境的耦合。集成了供配电、制冷、机柜、气流遏制、综合布线、动环监控等子系统,提高数据中心的整体运营效率,实现快速部署、弹性扩展和绿色节能。
　　
　　(2)模块化优势
　　
　　①高可靠性。模块化数据中心采用模块化、标准化和高可靠性设计,使得整个系统稳定度高,可依据客户需求与实际情况,在供电和制冷核心设备配置上,提供N+1、N+X、2N等设计方案,安全可靠,满足Tier3到Tier4各种等级的标准;
　　
　　②建设周期短。微模块数据中心提高了规划设计效率,可依据IT业务需求,合理配置系统架构,如模块单元的机柜排列,选用的供配电设备,制冷方案,监控系统等;微模块批量生产,提高了供货速度,标准化的组件,减少现场装配工作量,加快安装速度;
　　
　　③扩展性强。模块化数据中心集成了末端制冷、末端配电、末端布线等模块化组件,在降低初期投资的基础上,实现了数据中心的按需部署,避免固定资产的闲置浪费,同时保证了大型数据中心的任意IT空间的基础设施配置达到最佳状态。微模块数据中心显著降低了数据中心在使用生命期间的成本。对于大型IDC建设的需求,在后期任意时间节点、客户要求快速增加业务的需求,采用微模块数据中心很容易进行快速扩展;
　　
　　④高效节能。目前数据中心电力使用成本在生命期间TCO中占比最大。模块化数据中心实现IT设备按需供电与制冷,让供电和制冷系统的容量与负载需求更为匹配,从而提高了工作效率并减少过度配置。微模块电源转换率高达95%,由于采用标准化的接口和微模块架构,极大节省电能,达到系统节能。
　　
　　模块化。数据中心采用冷通道封闭隔离,冷热气流互不干扰,避免的气流串扰而导致的热岛效应,避免了风量和冷量损耗。同时使用列间空调,采用制冷设备的近热源设计,提高制冷效率,解决了局部热点的问题,降低数据中心运行成本;
　　
　　⑤智慧化。维护模块化数据中心利用对微模块内部环境、动力设备等的实时监测,以及IT设备与基础设施的协同工作,实现动环+IT设备的精细化运维。智能管理系统能够提供可视化体验,帮助客户实现数据中心多层级、精细化能耗管理,通过多种报表精确定位能源额外损耗点,实现节能降耗。基于大数据分析,输出节能优化方案,构建绿色数据中心;
　　
　　⑥易搬迁。模块化数据中心可实现集装箱式:集成配电系统、动力环境监控、制冷系统、机柜、布线、消防等基础设施。作为一种新型数据中心解决方案,它既满足传统数据中心对机房基础设施的需求,同时具备传统数据中心所不具备的户外放置特性,以及实现机房可搬迁特性。
　　
　　(3)DPS概念
　　
　　DPS即是分布式电源装置的简称,是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有,用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电,节省输变电投资、提高供电可靠性等等。
　　
　　(4)DPS优势
　　
　　分布式电源DPS模块直接集成在IDC机柜内部。具有以下优点:
　　
　　①配置多样化DPS模块有多种配置方式:市电+UPS锂电、市电+高压直流锂电、UPS锂电+UPS锂电,每个机架都可按需提供最优方案;
　　
　　②建设周期短由于去除传统电池室、简化配电室结构,降低了机房承重要求,大幅缩短机房建设、改造周期。
　　
　　③容积率高打破原机房集中备电模式、电源分布于每个机柜,节省的空间可用于部署服务器设备,提高了机房空间利用率。
　　
　　④节能高效DPS具有系统高效率、低能耗、高可靠、低谐波、在线扩容、维护简便等特点。
　　
　　2 DPS与微模块融合应用场景
　　
　　传统UPS或高压直流集中供电系统因效率低、能耗高、后备铅酸蓄电池不够绿色环保、投资效益较差等弊病一定程度上促成了各种新的替代供电技术的出现。DPS分布式电源技术方案的出现,在一定程度上解决了供电能耗高、前期投资大的问题。“微模块+分布式电源”解决方案示如下图1。
　　
　　(1)DPS工作模式
　　
　　①分类DPS模块,根据不同的场景、不同的需求通常也有多种方式,目前主要方式有以下几种方式:
　　
　　•市电+UPS锂电;
　　
　　•市电+高压直流锂电;
　　
　　•一路UPS锂电/高压直流锂电;
　　
　　•UPS锂电+UPS锂电;
　　
　　•高压直流锂电+高压直流锂电。
　　
　　每个机架都可按需提供最优方案。在多种DPS配置方式中,市电+高压直流锂电的配置效率最高、最经济。
　　
　　②后备锂电的优势为解决提高确保IDC机房供电的安全、可靠,DPS分布式电源都采用锂电池作为UPS或高压直流的后备电源。传统的UPS或高压直流一般都采用铅酸电池,锂电池具备体积小、高可靠、更安全等诸多优点,被DPS电源所采用。具体比较分析如表1。
　　
　　(2)组网方案
　　
　　通过上面的分析DPS分布式电源的工作模式大致分5种模式,不管用哪种模式,他们都必须提供两路可靠的电源输入。两种电源的输入,根据应用场景不同又有所不同,目前主流的部署方案有以下两种:
　　
　　①“菊花链”部署方案两路电分别到交叉引入网络柜的,每个网络柜分别引入A\B两路电源,示意图如图2的所示。
　　
　　②“手拉手”部署方案两路电,其中第二网络柜的B路一路是从前一个网络柜引入的为第二路电源,依次类推,第一个柜子的B路为最后的个网络柜的出线引入。分别到交叉引入网络柜的,示意图如图3所示。
　　
　　(3)DPS组网与传统组网方案的区别DPS组网与传统组网方案其主要区别为:DPD组网供电电源入列到网络柜,而传统组网方案,供电电源集中到一个机房,进行集中供电,下面就各自的特点分别阐述如下。
　　
　　①传统组网方案特点传统组网方案具备方便维护、供电可靠等特点,具体情况如下:
　　
　　优点:
　　
　　•投资少因为采用传统铅酸电池投资成本相关较低;
　　
　　•维护方便传统集中备电模式,区别划分更清晰,维护更方便,传统供电示意图如图4所示。
　　
　　•供电高可靠性集中供电可采用2N配置双路由框架式结构,供电可靠性更高
　　
　　缺点:建设周期长;配电机房占用空间大;设备利用率较低。前期可能要考虑到中、长期的网络机房供电进行配置电源设备,很长一段时间配电设备利用率较低。
　　
　　②DPS组网方案特点DPS组网方案具备体积小、重量轻、空间利用率高等特点,具体情况如下:
　　
　　优点:缩短建设周期,由于去除传统电池室、简化配电室结构,降低了机房承重要求,大幅缩短机房建设、改造周期;节省空间,打破原机房集中备电模式、电源分布于每个机柜,节省的空间可用于部署服务器设备,提高了机房空间
　　
　　利用率;图5为省去电池室及配电后的示意图;更节能，采用封闭冷通道配合列间空调，实现精确降温，降低机房PUE值。真正意义实现IDC机房的模块化部署、免维护运行，大幅节约能源消耗;
　　
　　配置更简单,减少了UPS主机设备投入,又可轻松实现2N配置功能的要求;后备电池减少投入,无需2N配置电池,只需按照N配置电池;供电可靠性更高,可以实现一路市电掉电后,IT负载依然是双路供电;双路市电掉电后,IT负载依然是双路供电;单台设备故障,不会引起IT负载掉电;不相邻的多台设备故障,IT负载依然不会掉电;即使相邻的多台设备故障,也只有相应的机柜掉电,影响范围极小。
　　
　　缺点:投资成本高,目前后备锂电池价格较铅酸电池相对较为昂贵;维护不便,供电设备较为分散,不便于集中维护;BMS系统控制较复杂,BMS系统保护及控制等需进一步完善。
　　
　　③两种方案比较
　　
　　前面已经对UPS或高压直流集中供电方案与DPS分布式供电方案进行了详细的阐述,现就两种方案量化,对比图表如表2。
　　
　　(4)模型分析
　　
　　①概况
　　
　　某省公司电信DC机房总面积140m2，若按集中式电源配置，预估可布放30架左右，按分布式可布放46个左右，机房机柜布放测算对比图如图6所示。
　　
　　②投资回报测算对比
　　
　　集中式要单独设置一个电力机房,预估要占用机房37平方米左右,网络机房只剩下103平方米,若分布式则一网络机房:140平方米。
　　
　　•机架对比
　　
　　按30个机架对比分析2种建设模式投资;集中式电源配置1套500A高压直流配电及2组240V/500Ah蓄电池组;分布式配置一套高压直流DPS。每个机架的年收入按6万计算,机房面积按照140平方米计算。测试对比见表3。
　　
　　•增加投资的回报率分析
　　
　　分布式电源的方案可以显著增加机房的网络机架数和单位面积收入,本机房中约为50%;使用分布式电源,一年左右即可收回增加的投资成本。
　　
　　3 实例应用
　　
　　(1)项目背景
　　
　　雄安新区在2017年底急需在当地建设一个数据中心,解决新区管委会政务办公和部分互联网企业(阿里)在当地业务上线等迫切需求。根据新区建设管高标准、高质量的技术创新要求,当地三大运营商均为业主方(雄安投资)提供了解决方案,最终办公司为中国电信河北雄安分公司设计的“微模块+分布式电源”的方案获得业主青睐,助力中国电信赢得雄安新区首个IDC机房建设项目。
　　
　　(2)系统方案
　　
　　根据客户需求,设计采用1个保密微模块和2个普通微模块的方案,其中保密微模块运行管委会政务网等涉密业务,电磁屏蔽指标满足国家保密标准,达到机密级别;普通微模块运行阿里巴巴等公司的业务。供电系统采用分布式高压直流设备,体积小、效率高。整个方案除了服务器设备机房、值班监控室外,无独立配电机房,极大的节省了机房面积。
　　
　　(3)方案优势
　　
　　雄安电信首个微模块数据中心项目采用“微模块+分布式电源”方案的优势如下:
　　
　　①大幅缩短工期。客户要求的工期为45天,安装本方案,微模块和分布式电源均在工厂预制,现场直接安装,同时去掉了电池室、简化了配电室建设,客户的服务器并行拷机,大幅节省了时间。本项目共用时26天,使得客户的业务提前上线;
　　
　　②降低了选择机房建筑的标准。一方面,分布式电源对机房承重要求大幅降低;另一方面,微模块封闭冷通道对机房密封性、整洁性要求大幅降低。该方案使得普通民用建筑都可改造成数据机房。本项目选择的机房建筑为当地一个普通工厂的厂房;
　　
　　③大幅提高了机房利用率。本项目设备机房共占地240m2左右,其中还预留了1个微模块的余量,节省了将近80m2的电池和配电室,可用于后续扩容设备机房。机房利用效率显著,对城市中心机房建设参考意义重大;
　　
　　④分步建设、按需部署。本项目采用分步建设方式,减少了客户的初始投资,后续2000m2预留机房可以根据客户业务增长情况,逐步按需部署,避免了传统方式下初始投资所购设备长期不饱和运行情况下的折旧风险，保护了客户的初始投资效率。
　　
　　绿色节能环保。本项目采用封闭冷通道和高效列间空调,使得机房的PUE值远小于1.5,实现了绿色节能环保,符合新区建设绿色环保、高效节能的需求。
　　
　　4 结束语
　　
　　随着5G、云计算、以及IDC、边缘DC快速发展,如何建设绿色节能和经济高效的数据中心已经成为国内各大运营商及政企关注的重点。模块化数据中心+DPS供电技术方案前期在BMS系统的设计经验、算法、策略等方面还需要进行一步的进行完善,相信在不久就能得到很好的解决。DPS供电技术方案具备体积小、重量轻、空间利用率高、供电效率高、清洁无污染等优点,随着技术的不断成熟,将为下一代绿色数据中心供电系统的规划建设提供必要的支撑和驱动力。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]明德源能模块化数据中心解决方案[M],.北京明德源能,2019.
　　
　　[2]熊振华,向冲.分布式电源(DPS)在IDC机房的应用分析[J].通信电源技术,2017,(2):
　　
　　作者简介
　　
　　韩啸,中国电信亳州分公司网络操作维护中心经理助理,安徽省“江淮工匠”,省动力支撑专家,高级工程师,高级技师,工学学士,研究方向为通信网络的安全、节能减排等。
　　
　　张宝玉,中国电信亳州分公司无线中心副经理,工程师,工学学士,研究方向为通信网络的安全、节能减排等。
　　
　　伍德磊,中国电信安庆分公司电源技术主管,工程师,研究方向为通信网络的安全、节能减排等。
　　
　　编辑：Harris