中心机房精密配电解决方案

关键词：机柜电功率的预设定；精密配电；分支回路；热插拔；零地电压

0引言

新一代数据中心对供电系统的可靠性及可管理性要求越来越高。IT用户需要对信息设

备的供电系统进行更可靠与更灵活的配电、更精细化的管理、更准确的成本消耗等。

UPS配电系统作为新一代数据中心机房UPS配电系统结构图。

从图1看到，在UPS输出和负载机柜之间，可以设置传统的电源列头柜（指放在一列机柜头部用于配电的机柜，俗称列头柜），为后面的负载机柜进行供电，也可以设置精密配电柜。精密配电柜不但完成传统的电源列头柜的配电功能，同时还可以具有许多强大的监控管理功能，使得数据中心的管理者随时可以了解负载机柜的加载情况、各配电分支回路的状态、各种参数以及不同机群的电量消耗等。

图1UPS配电系统

1机柜电功率的预设定问题

从数据中心机房电源、空调设计的出发点。为此，电信规范专门给出表格（见表1），根据不同的机房，对机柜的电功率进行预先设定，从而再去确定UPS和空调系统的容量。

表1机柜电功率预设定

从表1可以看出，不同的机柜电功率对应不同的机柜电流值，要设定的机柜电功率实际上也就是控制单机柜的电流。在没有采用精密配电柜的场合，有些用户在负载机柜上加电流表来控制单机柜的电流，这样的控制方式很直观，现场就可以读出电流值，如图2所示。

图2单机柜电流表

但是这样控制机柜电流的方式有许多解决不了的问题。目前数据中心机房内的负载基本上都是双电源负载，而采用机柜内安装两个电流表的方式，电流的控制需要将读数进行现场相加，这样做很不方便，且几乎不太可能实现，因为负载随应用是不断变化的。另外一个问题就是负载机柜的电功率即使超出预先的设定值，系统也没有办法进行报警。并且，这样的控制方式没有办法纳入到机房监控系统中。

从以上的介绍中，可以看到传统配电遇到了挑战，它没有办法解决数据中心电气系统设计的思路，给配电系统赋予更强大的管理和监控功能，这时精密配电产品应运而生，艾默生服务器电源管理系统SPM（ServerPowerManagement）可以满足这一需求。图3是精密配电产品的两种典型的系统图，分为单母线系统和双母线系统两种类型。

从图3可以看出，精密配电柜的一个分支回路或是两个分支回路对应一个机柜。精密配电柜可以监测每一个分支回路的额定电流、实际电流以及电流百分比，具体见精密配电柜的液晶监控显示，如图4所示。同时精密配电柜具有支路负载两段的阈值报警功能，比如说单机柜功率按照4kVA进行预设定，对应的单机柜*大电流为18A，这时可以选择25A的分支开关，当负载电流达到分支开关的60％时，系统报警；当负载电流达到分支开关的80％时，系统还可以进行报警，而且60％和80％的阈值点可以通过液晶监控屏幕进行修改（见图5）。

图3两类母线系统

图4监视的电流读数

图5过载报警

通过以上介绍，知道精密配电产品可以很好地解决机房机柜电功率预设定的问题，而且通过后台的机房监控系统，可以将任意的两个支路电流进行叠加，从而避免了机柜上安装两个电流表的弊病。

2精密配电柜的强大功能

1. 安全管理功能

全面的电源管理功能，将配电系统完全纳入机房监控系统，监测内容丰富。对配电母线可以监测三相输入电压、电流、频率、总功率、有功功率、功率因数、谐波百分比、负载百分比等。同时还可以监测所有回路（包括每一个输出支路）断路器电流、开关状态、运行负载率等，使用户对机房配电系统运行状况一目了然，也便于用户及早发现安全隐患，有效回避风险。

（2）运营成本管理功能

精密配电产品实时侦测每一服务器机架的运营成本，精确计算及测量每一服务器机柜、每一路开关的用电功率和用电量。通过后台监控系统可以分月度、季度、年度进行报表统计。

（3）记录及报警功能

精密配电产品支持历史记录功能，支持丰富的报警功能，包括主路的过压、欠压、缺相、掉电、过流、超高阈值、超低阈值、开关断开，以及系统的报警等。

（4）轻松纳入机房监控系统

精密配电产品提供RS232/485或SNMP多种智能接口通信方式，可以纳入到机房监控系统中，其所有信息通过一个接口上传，系统更加可靠，节省监控投资。液晶监控面板可以保存1000条报警信息，每个报警都有开始和结束的时间，便于故障分析。其报警类型和显示形式如图6和表2所示。

图6报警类型表2报警类型

3精密配电柜的选择与使用

随着IT用户对配电可管理性的要求越来越高，精密配电产品应用的场合越来越多。其规格一般有20kVA、40kVA、60kVA、80kVA、100kVA、120kVA等六种规格。精密配电产品根据不同的场地需求，可选用单母线系统或者双母线系统。其支路断路器可以选择固定式断路器，也可以选择热插拔可调相断路器。支路断路器容量有16A、25A、32A、63A，单极或三极可选。当分支回路选择热插拔可调相断路器时，系统不断电即可进行检修、扩容，同时不用改变后端的电缆接线就可进行三相负载的调平衡，非常灵活方便。通过图7看到，只需要将开关拔下，重新调整开关后端的拨动开关到相应的位置，再重新将开关安装到导轨上，就可

以很方便地调整机房的三相负载平衡。

为了解决机房的零地电压问题，精密配电产品还可以内置隔离变压器。在目前的机房工程投标中，招标方甚至会提出“零地电压小于1V或小于2V”的指标。降低零地电压有很多措施，这些措施都可以不同程度的降低零地电压，但在工程实践中，都不敢保证目前有些用户提出的“保障IT设备的输入零地电压差小于2V”的要求。如果要达到上面的要求，*可靠的措施就是在IT负载前端加隔离变压器，并将隔离后的中性线接地（见图8、图9）。如果采用精密配电柜做电源列头柜，可以使IT负载输入端零地电压降低到小于0.5V的水平，从而*有效地保证了IT负载的良好供电环境。

图7热插拔开关图8隔离变压器

图9隔离变压器系统图

4安科瑞AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统

4.1平台组成

安科瑞电气紧跟数据中心能效、资源利用率和可用性，提高运维效率并降低运维成本。

AcrelEMS数据中心的能源管理提供全方位的监测和控制，主要分为电力监控、动环监控、能耗统计分析（能源管理）、蓄电池监控、精密配电监控、智能母线监控、智能照明、消防相关的子系统。

4.2平台拓扑图

4.3精密配电管理系统解决方案

系统可以展示精密配电柜内进线和馈线回路电气参数，包括电流电压功率电能以及开关状态，并可以对数据进行报警设置和分级，数据取自精密配电柜测量模块。

5产品选型

6小结

UPS配电系统作为新一代数据中心电气设计及应用的重要发展方向。

7参考文献

[1]朱利伟.数据中心机房精密配电解决方案

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版