大型数据中心供配电系统设计

大型数据中心UPS供电系统设计大型数据中心是现代社会不可或缺的基础设施，而UPS（不间断电源）供电系统是保障数据中心稳定运行最重要的一环。

大型数据中心通常需要应对庞大的数据量和高密度的计算需求，因此UPS供电系统的设计至关重要。

本文将围绕大型数据中心UPS供电系统的设计展开讨论，包括系统容量、架构和备份等方面。

首先，大型数据中心需要根据其规模和负载需求确定UPS系统的容量。

通常来说，UPS的容量应该能够满足数据中心所有设备（如服务器、网络设备等）的功率需求。

为了保证稳定供电，还需要考虑电流的储备量。

此外，由于数据中心的负载通常是动态变化的，因此UPS系统的容量应该具备一定的扩展性，以适应未来可能的增长。

UPS的容量设计不仅涉及到功率，还需要考虑到负载类型和负载特性对供电的要求，例如对电流波形、频率稳定性等方面的要求。

其次，大型数据中心UPS供电系统的架构也是设计中的重要因素。

常见的UPS供电系统架构包括单机架构、并联架构和冗余架构。

单机架构是最简单的方式，但其可靠性相对较低。

并联架构通过将多个UPS系统并联运行，提高了系统的可靠性和故障容忍能力。

冗余架构则是将多个独立的UPS系统并联运行，并在每个系统之间提供备份机制，以确保系统的高可用性和可靠性。

在选择UPS供电系统架构时，需要综合考虑成本、可靠性和可扩展性等因素。

此外，大型数据中心的UPS供电系统还需要考虑到备份策略。

数据中心的重要性决定了其对电力的高可靠性和高可用性的要求，因此UPS系统的备份设计非常重要。

典型的备份策略包括N+1备份、2N备份和开放式备份。

N+1备份指的是在所需负载的基础上增加一个备用UPS系统，确保在其中一UPS系统故障时，备用系统能够接管负载。

2N备份则是指为每个UPS系统提供一个完全独立的备份系统，确保即使一个UPS系统完全故障，备份系统仍然能够正常运行。

开放式备份是指在UPS系统之外设置备份供电线路，以保证来自其他供电源的备份电力。

大规模数据中心供配电系统设计与优化随着信息技术的快速发展和云计算的兴起，大规模数据中心供配电系统的设计与优化变得愈发重要。

大规模数据中心是现代社会不可或缺的基础设施，它们承载着海量的数据和信息传输，为用户提供各种在线服务。

供配电系统是数据中心运行的核心部分，其设计与优化直接关系到数据中心的稳定运行、能源消耗和维护成本。

在设计大规模数据中心供配电系统时，需要考虑以下几个关键因素：首先，供电可靠性是设计的首要考虑因素之一。

由于数据中心对电力供应的高要求，供电系统必须具备高可靠性和冗余性，以防止停电对数据中心运行造成的影响。

因此，设计师需要进行充分的电力计算和故障分析，选择合适的备份供电方案和设备，确保系统具备高可靠性。

其次，能源效率是供配电系统设计与优化的另一个重要方面。

大规模数据中心耗电量大，高效能源利用可以降低能源消耗和运营成本。

设计师可以通过采用先进的电力技术，如节能型变压器和高效率UPS等，来提高供配电系统的能源利用效率。

此外，合理的配电网络拓扑结构和智能电力管理系统也可以帮助数据中心实现能源节约。

另外，供配电系统的可管理性也是一个重要的考虑因素。

数据中心通常需要对供电系统进行远程监控和管理，以及实时掌握供电状态和电力负荷情况。

因此，在设计阶段需要考虑到供电设备的监测和控制能力，选择支持远程管理和自动化控制的设备和系统，提高供配电系统的可管理性和运维效率。

此外，为了满足未来数据中心的扩展需求，供配电系统的设计应具备一定的可扩展性。

数据中心的规模和负荷会逐步增加，因此设计师需要预留一定的容量和余地，以便后续的扩展和升级。

设计阶段需要充分考虑到扩充变电能力和增加配电设备的可能性，并留下相应的扩展空间。

最后，供配电系统的安全性也是不容忽视的因素。

数据中心中的电力设备和线缆需要符合相关的安全标准和规定，以防止电气事故和火灾的发生。

设计中需要考虑到电力设备的合理布置和通风散热，避免设备过热或发生故障。

数据中心供配电系统方案设计摘要：目前，科技的快速发展，社会在不断进步，数据中心是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、传输、交换、存储、管理。

数据量的大量增长使得现有应用系统及存储容量难以适应企业需要。

因此数据中心的大容量、高可靠性非常重要。

供电供给是数据中心基础中的基础，数据中心发生的故障因素中，供电系统影响力是最大的，无论IT设备设计的多么精密、系统功能配置多么优越、可靠性多么高，一旦供电系统故障断电，再好的设备系统也无法再运转，下面就数据中心的三代供配电架构进行阐述。

关键词：数据中心；供电电源；供配电系统引言近年来，数据中心在我国得到广泛应用，而供配电系统运行可靠性直接影响整体数据中心的应用水平，因此需要准确评价数据中心供配电系统的可靠性，并利用合理的方式增强其安全性。

1数据中心供配电系统设计的基本原则实现低压配电系统的数据中心建设的设计方法应遵循分区和分类原则。

同一基本功能区域中各种相关设备的电源的稳定性和可靠性应能够确保每个使用的设备能够持续按照该区域中的特定标准以及该区域的供电和配电网络进行操作和稳定可靠运行。

对数据中心影响较大的区域应将可能潜在的故障风险控制得尽量最小。

数据中心具有较高的功率负载密度和较大的总负载密度。

低压配电系统实施方案的详细设计应充分利用有效成熟且节能的措施，以减少配电网系统实施的成本。

与数据中心过高的电力负荷相关的数据应分为几个级别：UPS电力系统实现过载和电力变换低压配电系统功能性过载。

UPS电源线软件系统负载（可输出）是UPS电源线系统独特设计的基础，配电架构网络系统功能负载是配电网软件系统和软件系统设计方法为应对突然的电源切换应急保障。

当清理各种具有特定负载的设备时，统计结果应基于设备和最终数据；根据设备和机柜的平均负载相关数据，当没有明确指出相关设备机柜的数量时，可以根据机器的平均负载进行估算。

回路设计需考虑三相负载供电均衡。

当有各种大容量负载同时运行时，应设计考虑同时运行系数。

数据中心供配电系统架构数据中心供配电系统架构1. 引言为了确保数据中心正常运行并提供可靠的电力供应，一个完善的供配电系统是必不可少的。

本文档将介绍数据中心供配电系统的整体架构和各个组成部分的详细内容。

2. 数据中心电力需求分析2.1 数据中心负载需求分析2.2 数据中心电力密度分析2.3 数据中心容量规划3. 数据中心供电系统3.1 主电源接入3.2 主配电系统设计3.2.1 电源开关柜设计3.2.2 配电开关柜设计3.3 显性并行供电系统设计3.4 隐性并行供电系统设计4. 数据中心备用电源系统4.1 UPS系统设计4.1.1 UPS类型选择4.1.2 UPS容量规划4.1.3 UPS并联配置4.2 发电机组设计4.2.1 发电机组类型选择4.2.2 发电机组容量规划4.2.3 发电机组与UPS系统协同工作设计4.3 非常规备用电源设计4.3.1 可再生能源4.3.2 备用电池系统设计5. 数据中心配电系统5.1 配电回路设计5.1.1 低压配电回路设计5.1.2 中压配电回路设计5.2 配电柜设计5.2.1 低压配电柜设计5.2.2 中压配电柜设计5.3 配电线路保护设计5.3.1 过载保护5.3.2 短路保护5.3.3 接地保护6. 数据中心电力监控与管理6.1 电力监测系统设计6.2 遥控遥信系统设计6.3 电力管理系统设计附件：本文档所涉及的附件包括供配电系统的图纸、技术规范、设备清单等。

法律名词及注释：1. 供电：指向数据中心提供电力供应的行为。

2. 配电：指将输入电源进行合理分配，并提供给数据中心各个设备和部件使用的行为。

3. 主电源：指直接与电力公司的主网相连接的电源系统，为数据中心提供主要电力供应。

4. 备用电源：指在主电源发生故障或停电时，为数据中心提供备用电力供应的电源系统。

5. UPS：全称为不间断电源，是一种通过内部电池或蓄电池组提供电力，用于在主电源故障或停电时提供临时电力供应的设备。

数据中心供配电系统方案设计摘要：随着近年互联网产业发展，建立在计算机技术基础上的游戏、云计算、金融、大数据、智能家居等等领域发展蓬勃，对大规模的计算资源需求极大，这就要求建设一系列相配套的大规模数据中心。

一般的数据中心用于存储提供平台服务的设备，诸如服务器、存储硬盘、网络线缆等，这对电力供应的要求非常之高，耗电量也是巨大的。

关键词：数据中心；供配电系统；方案设计1大功率UPS的构造按电路结构来分，UPS有后备式、线交互式、在线双变换式和Delta变换式。

由于大型数据中心用电负载量巨大（常达数万千瓦），所以数据中心中常用在线双变换式UPS，该种UPS的功率容量能达数百kVA，在线双变换式UPS主要由输入滤波器、整流器、蓄电池、逆变器、静态开关等组成。

整流器和逆变器的双变换支路是主要工作通路；静态开关所在通路为静态通路，静态开关一般由一对并联反接的晶闸管组成；手动开关所在通路为维修通路。

在线双变换式UPS的工作过程中，当市电电压在正常范围内时，市电经输入滤波器滤除高频杂波后经AC\DC整流器把交流电整流成直流电，再经DC\AC逆变器逆变为交流电（或准交流电）后输出给负载。

蓄电池挂在整流器和逆变器之间的直流母线上，在市电正常时，由整流器输出的直流给蓄电池充电。

当发生整流器或逆变器过载、过热、故障等情况发生时，UPS将切断双变换通路，同时打开静态开关，市电直接通过静态通道向负载供电，为了保证可靠供电，静态开关的容量应是双变换通道容量的3～5倍，而且为了保证向负载连续供电，从双变换通道向静态通道切换时要有短暂的时间重叠。

在市电正常整流、逆变给负载供电时，逆变器通过锁相电路的控制其输出电压的频率和相位是严格跟随市电的频率和相位的，所以在通道切换时不会发生大的电流环流而造成功率器件的损坏。

如果在市电电压不正常（如超过+15%或低于-10%）时，即使发生整流器逆变器过流、过热、报警，为了避免大电流环流的发生，只能有时间间隔地将供电通道从双变换通道切换到静态变换通道。

数据中心供配电解决方案在当今数字化时代，数据中心已成为企业运营和社会发展的核心基础设施。

而稳定可靠的供配电系统则是保障数据中心正常运行的关键。

一个良好的数据中心供配电解决方案不仅要满足当前的业务需求，还要具备可扩展性和高可用性，以应对未来不断增长的业务压力。

一、数据中心供配电系统的重要性数据中心承载着大量的服务器、存储设备和网络设备，这些设备的正常运行对于企业的业务连续性至关重要。

供配电系统作为数据中心的动力源泉，其稳定性和可靠性直接影响到数据中心的运行效率和服务质量。

一旦供配电系统出现故障，可能会导致数据丢失、业务中断，给企业带来巨大的经济损失和声誉损害。

二、数据中心供配电系统的需求分析1、高可靠性数据中心的业务通常不能容忍任何停电事件，因此供配电系统必须具备极高的可靠性。

这通常需要采用冗余设计，如冗余的电源模块、UPS（不间断电源）系统和备用发电机等。

2、高可用性数据中心需要保证 24×7 的不间断运行，因此供配电系统的可用性要求非常高。

这意味着系统中的设备需要易于维护和更换，并且能够在故障发生时快速恢复。

3、可扩展性随着业务的增长，数据中心的设备数量和电力需求也会不断增加。

供配电系统必须具备良好的可扩展性，能够方便地增加电源容量和供电回路。

4、高效节能数据中心的能耗巨大，供配电系统的效率直接影响到整个数据中心的能耗水平。

因此，需要采用高效的电源设备和节能技术，降低系统的运行成本。

三、数据中心供配电系统的组成1、市电接入市电是数据中心的主要电源来源。

通常会接入两路或多路市电，以提高供电的可靠性。

市电经过变压器降压后，进入配电柜进行分配。

2、变压器变压器用于将市电的高电压转换为适合数据中心设备使用的低电压，如 400V 或 220V。

3、配电柜配电柜用于对市电和备用电源进行分配和控制，包括进线柜、出线柜、联络柜等。

4、 UPS 系统UPS 系统用于在市电中断时为数据中心设备提供不间断的电源。

数据中心供配电系统方案设计摘要：随着科学技术发展和市场需求的变化，电力的安全性和稳定性越来越成为制约数据中心的关键因素。

本文针对数据中心的供配电系统进行两种方案设计，分别从传统供配电系统和新型供配电系统的构成展开探索与分析，使其满足数据中心的基本电力需求，避免安全隐患问题对数据中心供配电系统带来消极的负面影响。

关键词：数据中心；新型供配电系统；方案设计引言：随着当代能源结构的优化调整，电力逐渐得到广泛普及，渗透到人们的日常工作与生活中，发挥出重要的社会价值。

而通过做好数据中心的供配电方案设计，一方面可以估计到数据中心本身的特殊性质，给予其充足的电力供应和支持，另一方面则是减少配电系统设计期间的成本开销，为企业创造更高经济效益。

一、变配电系统近几年，5G网络通信、大数据平台、人工智能、物联网等新兴数字化技术的研发与应用，已经逐渐成为当前时代背景的发展基石，而数据中心作为传输、展示、存储，以及计算信息的重要基础设施，同样需要与时俱进，为社会主义现代化建设贡献自身应有的社会价值。

而随着数据中心总体数量、大小规模、运行功率等相关参数的持续上涨，作为其中的关键构成部分，处理好供配电系统的设计与施工，能够在一定程度上，有效避免服务器因意外情况的出现，而造成严重磨损和损失。

一般数据中心的配电系统，主要会分为三个等级，一级主要包含市电、高、低压配电柜、变压器、柴油机等；二级配电则是以UPS输入、输出、照明、HVDC 等部分所构成；三级配电内主要包含PUD、PSU，以及精密列头柜等。

三个等级区别在于，一级主要为高压配电系统，二、三级则是低压配电系统，对于数据中心而言，都能够发挥出其自身的作用和价值，因此在设计方案期间，需要结合具体的实际情况，制定出更加科学、高效、合理的供配电设计方案。

二、传统供配电系统的主要构成在对数据中心进行供配电系统方案设计期间，考虑到数据中心本身的功能的特殊性，需要采用双重10kV的两路电源进行供电，其主要分别引自不同的110kV 变电站10kV出线，保证两路市电相互不影响，从而提供了数据中心电源的可靠性，而另外的第三方电源通过借助后备柴油发电机提供，将市电电源和发电机电源在变压器出线的位置进行逻辑切换，从而方便在突发停电状态下，依旧可以保证数据中心电力的持续供应。

数据中⼼供配电系统的典型结构以及设计案例从数据中⼼的供配电系统可⽤性、经济性、可维护性等⾓度出发,探讨数据中⼼领域的供配电系统架构⽅案,并以国内某⼤型数据中⼼的实际应⽤案例为基础,对数据中⼼变配电系统、240V直流与市电直供系统结构、2NUPS系统机构、模块化UPS电源应⽤、数据中⼼制冷系统供电系统结构等,进⾏详细的探讨和分析。

随着信息技术、互联⽹技术的迅速发展,信息系统的市场应⽤越来越⼴泛,信息和数据量呈⼏何级增长,数据中⼼的需求⽇益增加,对数据中⼼的要求不断提⾼。

众多⾏业也都在建设各种不同⽤途、规模、等级的数据中⼼,数据中⼼在政府机构以及电信、银⾏、证券、保险、互联⽹等⾏业中不断地提⾼⾃⼰的驱动⼒。

数据中⼼作为⼀种物理载体在企业发展和运营中的作⽤越来越突出。

数据中⼼供配电系统作为数据中⼼基础设施最重要组成部分,已成为数据中⼼等级判定的主要参考标准。

数据中⼼供配电系统架构,主要包括市电引⼊(10kV、110kV引⼊等)、⾼压变配电系统、后备柴油发电机系统(10kV、400V发电机组等)、市电/备⽤电源⾃动转换系统(中压切换、低压切换等)、低压配电系统(低压配电、楼层配电单元等)、不间断电源系统(UPS、240V、48V系统等)、列头配电系统、机架配电系统,以及电⽓照明、防雷及接地系统等。

⼀、数据中⼼供配电架构的影响因素数据中⼼供配电架构及供电保障等级选择,主要考虑以下⼏个⽅⾯:(1)数据中⼼供配电架构成本与安全效益平衡数据中⼼从物理属性看,是IT设备的载体;从商业属性看,是为其服务的对象,即数据中⼼为各类⽤户的设备或信息提供保障服务。

数据中⼼供配电系统架构选择,主要考虑⽤户设备类型、相关设备保障等级要求、相关标准及规范要求、绿⾊数据中⼼PUE指标要求、节能减排要求、数据中⼼选址区域⾃然条件特点、建设与运营成本的平衡等多种因素。

以通信⾏业数据中⼼为例,数据中⼼主要有⾃有数据中⼼和商⽤数据中⼼两⼤类。

⼤型数据中⼼变配电系统设计探讨⼤型数据中⼼供配电系统建设时，需要满⾜《供配电系统设计规范》GB50052-2009 中⼀级负荷中特别重要负荷的要求，并达到《电⼦信息系统机房设计规范》GB50174-2008中A 级机房、《数据中⼼⽤远程通信基础设施标准》ANSI/TIA-942-2005 中Tier IV 等级的要求。

1、⼤型数据中⼼供配电系统的标准要求《电⼦信息系统机房设计规范》GB50174-2008 中对A级机房的电⽓技术要求：（1）供电电源：两个电源供电，两个电源不应同时受到损坏。

（2）变压器：M(1+1)冗余（M=1、2、3……）（3）后备柴油发电机系统：N 或N+X 冗余（X=1～N）（4）后备柴油发电机的基本容量：应包括不间断电源系统的基本容量、空调和制冷设备的基本容量、应急照明和消防等涉及⽣命安全的负荷容量（5）柴油发电机的燃料存储量：72 ⼩时（6）不间断电源系统配置：2N 或M(N+1)冗余（M=2、3、4……）（7）不间断电源系统电池备⽤时间：15min 柴油发电机作为后备电源时（8）空调系统配电：双路电源（其中⾄少⼀路为应急电源），末端切换。

采⽤放射式配电系统《数据中⼼⽤远程通信基础设施标准》ANSI/TIA-942-2005 中Tier IV 等级数据中⼼的电⽓技术要求：（1）市电⾄少接⼊两路主供（2）变压器容量配置2N，即全冗余（3）备⽤柴油发电机配置不低于N+1（4）发电机燃油储量不⼩于96h（5）电⽓系统允许并⾏检修（5）电⽓系统允许并⾏检修（6） UPS 系统容量配置2N，即全冗余（7）独⽴双电源路径⾄PDU（8）空调设备供电2N，既双冗余除UPS 系统⼀般由专业⼚家设计，其他都是设计单位变配电系统设计时需要考虑的。

合理的配置可以满⾜甲⽅可靠性和经济性的平衡。

⼀个⼤型数据中⼼的变配电系统常由⼀个和多个如图1 的典型配置组合⽽成。

图1 变配电系统典型配置图2、⼤型数据中⼼供配电系统的典型配置⼤型数据中⼼机房功率极⾼，远超普通办公建筑，随着超⾼密度机柜和⼑⽚式服务器的⼤量应⽤，机架功率由原来每机架0.8 kW 增加到1.5 kW，并且逐步向每机架3 kW~20 kW 发展，由此造成数据中⼼的⽤电量急剧上升，《数据中⼼⽤远程通信基础设施标准》ANSI/TIA-942-2005 中指出，典型数据机房电⼒负荷密度在0.38 kW/m2~2.7 kW/m2，能量使⽤效率PUE 值在1.8~3 之间，建筑物负荷密度要求按照1.5 kW/㎡考虑。