胡冠楠 Acrelhgn

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：文章針對數(shù)據(jù)*心機房供配電系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計和能效管理研究，旨在提高數(shù)據(jù)*心的運行效率，降低能耗費用，減少對環(huán)境的不良影響。通過分析數(shù)據(jù)*心供配電系統(tǒng)的基本架構(gòu)和工作原理，提出負載管理、分布式能源應(yīng)用、*效供電設(shè)備選型、供電系統(tǒng)監(jiān)控、熱管理優(yōu)化以及能源回收利用等策略，對促進數(shù)據(jù)*心的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)*心；供配電系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計；能效管理；可持續(xù)發(fā)展

0引言

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)*心已成為現(xiàn)代社會信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心，其高能耗和碳排放問題引起人們的廣泛關(guān)注。供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)*心的核心組成部分，其穩(wěn)定性和能效性直接影響到數(shù)據(jù)*心的運行效率與可持續(xù)發(fā)展。文章通過深入研究數(shù)據(jù)*心機房供配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與能效管理，為數(shù)據(jù)*心行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1數(shù)據(jù)*心供配電系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)*心的電力供應(yīng)系統(tǒng)主要采用雙低壓架構(gòu)，每個低壓供電系統(tǒng)都是由維護旁路、不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS）單元、蓄電池儲能單元以及列柜組成。維護旁路允許對系統(tǒng)進行必要的維護和升級，同時不影響關(guān)鍵負載的電力供應(yīng)。UPS單元內(nèi)置電池儲能單元，可在市電中斷時為關(guān)鍵負載提供連續(xù)電力支持，是電源調(diào)節(jié)和應(yīng)急供電的核心設(shè)備。每個UPS單元由3個獨立的UPS輸出模塊組成，這種設(shè)計不僅增強了系統(tǒng)的冗余性，還允許更精細地負載管理和分配。在電力中斷時，電池儲能單元為UPS提供持續(xù)供電所需的能量。列頭柜負責(zé)將電源分配給機房空調(diào)、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及輔助設(shè)施等，是配電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。

數(shù)據(jù)*心供配電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計采用模塊化和分層的方式，在滿足數(shù)據(jù)*心不斷變化的電力需求的同時，每個模塊都可以獨立運行并與其他模塊協(xié)同工作。

2供配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

2.1?負載管理與動態(tài)負載調(diào)整

在數(shù)據(jù)*心供配電系統(tǒng)中，負載管理的目標是通過合理分配和調(diào)度電力負載，確保電力資源的*效利用和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。動態(tài)負載調(diào)整則是在負載需求變化時，通過自動化系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)供電分配，避免過載和電力浪費。負載管理可以通過功率分配矩陣來實現(xiàn)。設(shè)P(t)表示t時刻的數(shù)據(jù)*心總功率需求，Pi(t)表示第i個設(shè)備在t時刻的功率需求，則

式中：N表示數(shù)據(jù)*心內(nèi)的設(shè)備總數(shù)。

動態(tài)負載調(diào)整通過實時監(jiān)控每個設(shè)備的功率需求，根據(jù)負載需求變化調(diào)整第j個UPS系統(tǒng)的輸出功率PUPSj，以滿足總功率需求，即

式中：M表示UPS系統(tǒng)的數(shù)量。

為實現(xiàn)動態(tài)負載調(diào)整，系統(tǒng)引入負載預(yù)測算法和自動控制機制。負載預(yù)測算法基于歷史負載數(shù)據(jù)和實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，采用機器學(xué)習(xí)或時間序列分析方法，預(yù)測未來的負載需求，并預(yù)先調(diào)節(jié)UPS系統(tǒng)的輸出功率。同時，采用負載均衡算法將總功率需求分配到各個UPS系統(tǒng)，使每個UPS的負載均衡，避免某些UPS過載而其他UPS閑置。負載均衡公式為

式中：ΔPj(t)表示第j個UPS系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)整量，用于確保UPS系統(tǒng)在安全運行范圍內(nèi)。

2.2分布式能源與可再生能源應(yīng)用

分布式能源系統(tǒng)包括太陽能光伏板、風(fēng)力發(fā)電機以及燃料電池等小型發(fā)電裝置，這些裝置可以直接在數(shù)據(jù)*心現(xiàn)場生成電力，減少對集中式電網(wǎng)的依賴，降低傳輸損耗。可再生能源特別是太陽能和風(fēng)能，在數(shù)據(jù)*心的應(yīng)用日益廣泛。太陽能光伏系統(tǒng)通過光電效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，可以在數(shù)據(jù)*心屋頂或屋頂附近安裝大面積光伏板。風(fēng)力發(fā)電則利用風(fēng)力驅(qū)動風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生電力，適合在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)部署。兩者的結(jié)合能夠提供穩(wěn)定的可再生能源供應(yīng)，并通過儲能系統(tǒng)（如鋰離子電池）來平衡發(fā)電波動。

2.3*效供電設(shè)備選型與配置

在數(shù)據(jù)*心的*效供電設(shè)備選型與配置中，采用多種*效設(shè)備，以確保電力供應(yīng)的可靠性和能效。UPS系統(tǒng)選用500kW和200kW兩種類型，效率分別為95%和96%，通過模塊化設(shè)計和雙轉(zhuǎn)換在線式技術(shù)提供靈活且穩(wěn)定的電力保護。*效變壓器選用1000kW和2000kW兩種類型，效率分別為98%和97.5%，使用低損耗硅鋼片和自冷式設(shè)計來減少能量損耗。智能配電柜PDU-250A和PDU-500A分別具備99%和98.5%的*效能，支持實時監(jiān)控和遠程管理，確保高可靠性和高集成度。冷卻系統(tǒng)采用150kW行間冷卻器和1000kW離心式冷水機組，分別提供85%和90%的效率，滿足精確溫控和大規(guī)模冷卻需求。備用發(fā)電機組選用1500kW柴油發(fā)電機，效率為92%，具備高速啟動能力，能夠應(yīng)對緊急情況。此外，安裝50個100kW的太陽能光伏系統(tǒng)，以20%的效率提供部分電力，實現(xiàn)綠色環(huán)保和節(jié)能目標。

3能效管理策略

3.1供電系統(tǒng)監(jiān)控與智能控制

電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)╇娤到y(tǒng)進行實時監(jiān)測和分析，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)遙測、遙信、遙控以及異常報警等功能。通過監(jiān)控系統(tǒng)，運維人員可以隨時了解供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和性能指標，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性及*效性。智能控制技術(shù)還可以根據(jù)數(shù)據(jù)*心的實際負載情況和能源價格等因素，實現(xiàn)智能調(diào)度和優(yōu)化運行，提高能效水平，降低能源消耗和運營成本，推動數(shù)據(jù)*心朝著綠色、智能及可持續(xù)發(fā)展方向邁進。

3.2熱管理與散熱設(shè)計優(yōu)化

在數(shù)據(jù)*心能效管理中，通過合理的空氣流動設(shè)計和冷熱通道隔離，*大限度地降低熱量在數(shù)據(jù)*心內(nèi)部的積存，解決局部溫度過高的問題。采用冷熱道隔離技術(shù)，將設(shè)備產(chǎn)生的熱量集中排放到熱通道中，避免與冷道中的空氣混合，提高冷卻效率。優(yōu)化設(shè)計散熱系統(tǒng)，采用熱交換器、散熱風(fēng)扇等*效散熱設(shè)備，降低散熱能耗。利用水冷卻技術(shù)或液冷技術(shù)，將熱量直接通過水冷板或液冷管道輸送到冷卻水或冷卻液中，再通過外置冷卻設(shè)備將熱量散發(fā)出去，進一步提高散熱效率。實時監(jiān)測并分析數(shù)據(jù)*心的熱量分布情況，結(jié)合智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)和熱力分析軟件，及時調(diào)整散熱設(shè)備的運行參數(shù)和布局，做到*準的熱管理。

3.3數(shù)據(jù)*心能源回收與利用

數(shù)據(jù)*心可利用自然資源產(chǎn)生清潔能源，滿足部分電力需求。將*效UPS系統(tǒng)、智能空調(diào)系統(tǒng)等節(jié)能設(shè)備或技術(shù)引入數(shù)據(jù)*心，以降低能耗。數(shù)據(jù)*心可采用電池儲能系統(tǒng)或壓縮空氣儲能系統(tǒng)，儲存閑置的電力或熱能，以備不時之需[5]。此外，數(shù)據(jù)*心可與周邊工業(yè)企業(yè)或社區(qū)建立能源共享機制，向周邊用戶輸出多余的能源，達到共享能源、循環(huán)利用的目的。

4案例分析

某大型數(shù)據(jù)*心位于城市郊區(qū)，占地面積廣闊，擁有大量的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及冷卻系統(tǒng)。為應(yīng)對日益增長的能源消耗和環(huán)境壓力，該數(shù)據(jù)*心實施一系列能效管理措施。首先，利用服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的廢熱來加熱辦公區(qū)域供應(yīng)的熱水，通過引入余熱回收系統(tǒng)來提高能效。其次，將大量太陽能光伏電池板安裝在數(shù)據(jù)*心屋頂，大規(guī)模部署光伏發(fā)電系統(tǒng)，利用太陽能發(fā)電，減少對傳統(tǒng)能源的依賴。*后，為提高能源利用效率，采用智能空調(diào)系統(tǒng)和節(jié)能照明設(shè)備優(yōu)化數(shù)據(jù)*心的能耗結(jié)構(gòu)。

該數(shù)據(jù)*心實施能效管理策略前、后的數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知：在年能源消耗總量方面，能源消耗總量從5000000kW·h降低至4200000kW·h；在電力消耗成本方面，電力消耗成本從30000000元降低至22000000元；在余熱回收方面，余熱回收利用率從0提高至40%；在太陽能發(fā)電方面，太陽能發(fā)電比例從0提高至15%；在系統(tǒng)節(jié)能方面，智能空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率從22.5%提高到25.0%，節(jié)能照明設(shè)備節(jié)能率從27.6%提高到30.0%。綜上所述，通過實施能效管理策略，能夠有效降低能源消耗和能源成本，進一步提高數(shù)據(jù)*心的能源利用效率，為數(shù)據(jù)*心的運行帶來實質(zhì)性的經(jīng)濟效益和節(jié)能環(huán)保效益。

5安科瑞精密配電及監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

5.1概述

隨著數(shù)據(jù)*心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)*心的能耗問題也越來越突出，有關(guān)數(shù)據(jù)*心的能源管理和供配電設(shè)計已經(jīng)成為熱門問題，*效可靠的數(shù)據(jù)*心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)*心電能使用效率，降低設(shè)備能耗的有效方式。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)*心的節(jié)能，首先需要監(jiān)測每個用電負載，而數(shù)據(jù)*心負載回路非常的多，傳統(tǒng)的測量儀表無法滿足成本、體積、安裝、施工等多方面的要求，因此需要采用適用于數(shù)據(jù)*心集中監(jiān)控要求的多回路監(jiān)控裝置。

5.2應(yīng)用場所

適用于運營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)*心

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）交流

5.4系統(tǒng)功能

1）主頁

開機進入主頁，包含進線參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、出線參數(shù)、報警查詢等功能，按按鈕可進入各功能界面查看。

2）進線參數(shù)監(jiān)測

監(jiān)測主路的三相電壓、電流、系統(tǒng)頻率；各項及總的有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，有功電能、無功電能；電流、電壓不平衡度；電流、電壓諧波含量；*大需量。

3）出線參數(shù)監(jiān)測

分支回路的電壓、電流、有功功率、有功電能、功率因數(shù)額定電流設(shè)置、各相電流值；

負載百分比；*大需量。

4）開關(guān)狀態(tài)

左側(cè)一列為主路開關(guān)狀態(tài)，主路跳閘SD狀態(tài)、主路防雷開關(guān)狀態(tài)、主路防雷故障點狀態(tài)，默認為無源檢測點，分閘為綠色，合閘為紅色。主路右側(cè)的皆為支路開關(guān)狀態(tài)；默認為有源檢測點，合閘為紅色，分閘為綠色。

5）報警查詢

當(dāng)前報警界面可查看實時報警和歷史報警；開關(guān)量動作告警；任意數(shù)據(jù)的定時存儲；進線過電流2段閥值越限告警，可任意設(shè)定告警值；進線過壓、欠壓、缺相、過頻率、低頻率越限告警;聲光告警功能。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)論

在數(shù)據(jù)*心機房的供配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中，文章圍繞負載管理與調(diào)整、分布式能源的應(yīng)用以及*效供電設(shè)備的選型等關(guān)鍵問題進行深入探討。在能效管理方面，為*大限度地提高數(shù)據(jù)*心的能效水平，提出供電系統(tǒng)監(jiān)控、熱管理以及能源回收等策略。在未來的數(shù)據(jù)*心建設(shè)和運行中，需要持續(xù)采取優(yōu)化措施，不斷完善供配電系統(tǒng)管控流程，從而提高能效管理水平。

參考文獻：

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[7]數(shù)據(jù)*心解決方案樣本2022.04版