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智能化電力模塊在數(shù)據機房中的應用與探討

更新時間:2024-02-28      點擊次數(shù):383

1概述

隨著互聯(lián)網數(shù)據業(yè)務的發(fā)展,短時間內快速爆發(fā)成為其發(fā)展特征,如抖音單季度用戶數(shù)新增2億,這種情況下,客戶對于數(shù)據中心交付周期要求1年或者更短。在這種情況下下,傳統(tǒng)數(shù)據中心的建設方式,很難更上業(yè)務的發(fā)展。

芯片、服務器等設備算力和功耗持續(xù)提升,未來幾年單機柜功率密度也將6~8kW12~15kW演進。同時,未來云數(shù)據中心將成為主要場景,預計2025年占比將超70%,面對云計算業(yè)務帶來的數(shù)據量和計算量的爆發(fā)式增長,在數(shù)據中心資源尤其是一線城市資源日趨緊張的情況下,只有通過提高機房單位面積內的算力、存儲以及傳輸能力,才*大程度發(fā)揮數(shù)據中心的價值。另一方面,隨AI、超算等技術和應用的發(fā)展,人工智能計算中心、超算中心等也將迎來建設高潮,推動數(shù)據中心的快速發(fā)展。

預制化和模塊化是將是數(shù)據中心未來發(fā)展的一個方向。與目前廣泛使用的微模塊相同,采用模塊化設計將數(shù)據中心供配電分解成多個預制化結構在進行預制組裝供配電系統(tǒng),標準化生產,將復雜的工程變成統(tǒng)一的產品,實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的快速部署。

2數(shù)據機房供配電方案

2.1項目概況

某項目數(shù)據中心機房規(guī)劃面積600m2,參GB50174-2017《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范B級機房進行規(guī)劃,功能區(qū)域包括主機房(設備機房、電力機房)、管理區(qū)(辦公室、互聯(lián)網設備間等)和輔助用房。單機柜功率4kW,初步規(guī)劃機柜數(shù)量不少150臺,滿足公司未3~5年的發(fā)展使用需求。

2.2數(shù)據中心供電系統(tǒng)建設方案

2.2.1高低壓建設方案

數(shù)據機房的負荷一般由一級負荷、二級負荷和三級負荷組成,根據建筑、空調、給排水等專業(yè)提出的用電需求初步估算,主要負荷情況統(tǒng)計如1所示。

img1 

1變壓器用電負荷測算

根據以上的負荷統(tǒng)計及計算結果,本項目建議設備選型及配置如下:

變壓器1000kVA,1+1配置。每臺變壓器正常負荷率不大50%,當一臺變壓器故障時,另一臺變壓器帶起全部負荷。

2.2.2系統(tǒng)建設方案

數(shù)據中IT設備和核心通信設備主要采UPS供電。供電方式采2N架構UPS供電方式。根據不同用電設備的用電安全等級、建設標準及用電特點等因素,本數(shù)據中UPS供電系統(tǒng)考慮采用高頻模塊UPS設備,UPS系統(tǒng)按2N冗余方式配置,整體系統(tǒng)后備時間按系統(tǒng)延30min考慮(單15min。UPS容量計算:確UPS系統(tǒng)的基本容量時應留有余量,UPS系統(tǒng)的基本容量可按下式計算。

EP*1.2

式中EUPS系統(tǒng)的基本容(不包含備份不間斷電源設kW/kVAPIT設備的計算負荷kW/kVA)。

本項目共計劃建IT150架,單柜功耗平4kW,網絡機11架,單柜功1kW,數(shù)據中心機柜總功耗為:

考慮同時系數(shù)0.85,有功功率P=150*4+11*1*0.85520kW),則視在功率S=1.2*520/0.95=656kVA本項目采2N配置,每套系統(tǒng)配2500kVA模塊UPS,每臺配400kVA,預留模塊空間,便于后期擴容及維護。

21000kVAUPS系統(tǒng)(4臺,模塊配400kVA/臺)采2N架構,組A、B路雙母線系統(tǒng),每組2500kVA并機,共4500kVA模塊UPSIT設備供電采用雙UPS供電方式。本期配22×500kVAUPS,組AB路雙母線系統(tǒng);正常運行時雙母UPS系統(tǒng)均勻分配供電負荷,當其中一UPS系統(tǒng)故障或檢修時,由另外一套系統(tǒng)承擔所有負荷。

2.2.3低壓配電系統(tǒng)建設方案

本工程采用電力模塊方案,一體化集成從中壓變壓器到負載饋線端的全功率鏈路,包含中壓變壓器、低壓配電柜、無功功率補償柜、模塊UPS及饋線柜等,低壓設備采用工廠預制化成套設備。本工程配21250kVA預制化電力模塊系統(tǒng),每套系統(tǒng)配1SCB131000kVA變壓器2000A進線柜、1200A母聯(lián)柜200kVAR無功功率、2500kVA模塊UPS1臺維修旁路柜、1IT饋線柜、1臺動力饋線柜,電力模塊配置如1所示。

2.2.4智能鋰電建設方案

img2 

1電力模塊

鉛酸電池在通信行業(yè)領域數(shù)十年來長期占主要地位。但鉛酸電池循環(huán)壽命短、占地大、對機房承重要求高,生產制造過程容易造成環(huán)境污染,各國的鉛酸電池發(fā)展都趨于緩慢。而鋰電池天然具有能量密度高、占地小、長循環(huán)壽命等鉛酸不具備的優(yōu)勢。鉛酸電池與鋰電池對比如2所示。

img3 

2鉛酸電池與鋰電池對比

綜上比較,蓄電池方案建議采用磷酸鐵鋰電池。

IT電池計算書(滿載)如3所示。img4

3鋰電池容量測算

UPS單機滿載條件下,建議每UPS1臺滿配鋰電柜(儲能模7+7,1臺半柜鋰電池柜(儲能模7+0;IT設備供電所需鋰電池柜體總數(shù)8柜,能滿足系統(tǒng)備30分鐘,同時支持后續(xù)擴容。

2.3電力模塊的優(yōu)勢

可靠美觀:電力模塊采用預制化智能配電成套設備,在模塊化、標準化的基礎上,將供配電系統(tǒng)、饋電系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)等集成在一起,所有單元提2N冗余配置,提升系統(tǒng)安全可靠性,保證系統(tǒng)外觀和結構的一致性。節(jié)省空間:相較于傳統(tǒng)UPS系統(tǒng),集中式設計,使整體結構緊湊,配電柜數(shù)量減少,空間節(jié)1倍以上,且電力模塊采用母線連接,節(jié)約了大量的走線空間。節(jié)約用電:配電柜數(shù)量減少縮短了鏈路,全鏈路效率97.8%,可有效降低電能損耗。12MW數(shù)據中心為例,采用電力模塊每年電費可節(jié)省接200萬。

縮短周期:交付周期2月縮短2周。傳統(tǒng)供電方案需現(xiàn)場連接銅排和線纜,工程質量風險大,周期長,需2月才能完成交付,電力模塊內部連接采用預制廊橋式母排,且在工廠完成預制和調測,現(xiàn)場施2周即可完成,有助于客戶業(yè)務快速上線。

3安科瑞蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)介紹設備選型

3.1蓄電池組

蓄電池組通常作UPS電源的補充,用于提供更長時間的應急電源,以便在柴油發(fā)電機組無法提供電力時,為數(shù)據中心提供電力支持。

3.2蓄電池組分類

數(shù)據中心目前常用的蓄電池有鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰電池等。其中,鉛酸電池是較早應用于數(shù)據中心的儲能電池之一,它具有成本低、維護簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點,但其能量密度較低、壽命較短、容量較小等缺點。鎳鎘電池雖然能量密度較高,但其存在著容量限制、自放電率高、溫度性能差等缺點,因此在數(shù)據中心的應用已經逐漸被鋰電池所取代。在選擇蓄電池組時,需要根據應用場景的要求和預算來選擇適合的蓄電池類型。

3.3蓄電池組一次接線圖

數(shù)據中心中的蓄電池通常采用一定數(shù)量的電池串聯(lián)組成電池組,并通過電線連接UPS電源系統(tǒng)中。接線應遵循安全可靠的原則,以確保電池組的正常運行和使用壽命。當主電源發(fā)生故障或停電時UPS電源系統(tǒng)將自動切換到蓄電池備用電源狀態(tài),以確保系統(tǒng)的持續(xù)運行。蓄電池組一次系統(tǒng)圖如圖所示。

img5 

2蓄電池組一次接線圖

3.4蓄電池組監(jiān)控需求及主要設備選型

蓄電池組在數(shù)據中UPS電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,因此需要對其進行監(jiān)控,以確保其正常工作和延長使用壽命。以下是蓄電池組監(jiān)控的一些常見需求:

電池組狀態(tài)監(jiān)測:包括電壓、電流、溫度、容量等參數(shù)的監(jiān)測,以實時了解電池組的運行狀況。

電池組剩余壽命預測:通過監(jiān)測電池組的工作狀態(tài)和壽命指標,預測電池組的剩余壽命,提前進行維護和更換,避免電池組失效導UPS電源系統(tǒng)失效。

自動測試和巡檢:定期對電池組進行自動測試和巡檢,以發(fā)現(xiàn)潛在的故障和異常情況,及時處理。

報警和預警功能:當電池組發(fā)生異?;虺霈F(xiàn)故障時,通過報警和預警的方式通知運維人員及時處理,避免事故的發(fā)生。

數(shù)據分析和記錄:通過對電池組數(shù)據進行分析和記錄,可以了解電池組的歷史運行情況,為優(yōu)化管理和維護提供數(shù)據支持。

蓄電池監(jiān)測主要S模塊、C模塊HS采集器組成。

img6 

3.5產品選型

名稱

圖片

型號

功能

應用

數(shù)據采集器

img7 

ABAT100-HS

可管理六組電,數(shù)360節(jié),帶顯示與按鍵。

采集單組電池中SC模塊數(shù)據HS模塊可以接120S模塊

單體電池監(jiān)測模塊

img8 

ABAT100-S-12

監(jiān)測一節(jié)12V電池,監(jiān)測電池電壓、內阻與負極溫度。

單體電池的電壓、溫度及內阻監(jiān)-12V

單體電池監(jiān)測模塊

img9 

ABAT100-S-06

監(jiān)測一節(jié)6V電池,監(jiān)測電池電壓、內阻與負極溫度。

單體電池的電壓、溫度及內阻監(jiān)-6V

單體電池監(jiān)測模塊

img10 

ABAT100-S-02

監(jiān)測一節(jié)2V電池,監(jiān)測電池電壓、內阻與負極溫度。

單體電池的電壓、溫度及內阻監(jiān)-2V

單組電池監(jiān)測模塊

img11 

ABAT100-C

監(jiān)測一個充放電電流與一個環(huán)境溫度。

單組電池的電流及溫度監(jiān)測

觸摸顯示屏

img12 

ATP007KT

7英寸觸控屏,本地顯控拓展。

用于本地數(shù)據顯示,可接6HS模塊

4結束語

大數(shù)據時代的到來,數(shù)據中心建設越來越多,交付周期越來越短,建設要求越來越高,數(shù)據機房的高低壓供配電系統(tǒng)也隨之進化,深度融合的道路還在進一步探索,而電力模塊的創(chuàng)新使用,憑借其低耗能、占點小、交付周期短、運維便利等優(yōu)勢,提升了數(shù)據機房的得柜率,降低了數(shù)據中心能耗,加快了數(shù)據中心的交付使用,在數(shù)據中心、核心網機房等綠色化轉型提供助力,有力服務數(shù)字經濟發(fā)展。

【參考文獻 

1】趙建,張翠,劉凱.淺談電力模塊在數(shù)據機房中的應.[J.電工技術202215164-167.

2】王二超.數(shù)據中心供配電系統(tǒng)架構及備用電源分析[J].中國新通信,202139196-197.

3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手2022.5

 


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