數(shù)據(jù)中心機房供電解決方案

數(shù)據(jù)中心機房供電解決方案中國移動正規(guī)劃建設多個集團級和更多數(shù)量的省級數(shù)據(jù)中心這些數(shù)據(jù)中心將優(yōu)先采用云計算和虛擬化技術以及倉儲式、模塊化機房的建設模式具有規(guī)模大用電負荷密度高、總功率大、空間緊湊等特點。同時集團公司對規(guī)劃建設的數(shù)據(jù)中心提出了低成本、低能耗、擴展靈活的目標。因此對機房供電系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟性、可擴展性、運行維護成本、節(jié)能環(huán)保和占地空間等提出了更高的要求。本文通過對通信電源新產(chǎn)品、新技術應用分析提出了新型全分散供電結構、高壓直流電源和鋰電池的應用來實現(xiàn)建設高可靠性、高維護性、高效節(jié)能和高靈活性的數(shù)據(jù)中心機房供電系統(tǒng)。新型全分散供電結構一、新型全分散供電結構形式新型全分散供電結構是指將不間斷電源系統(tǒng)含電池分散安裝在用電設備的列頭或列間就地為設備供電。全分散供電系統(tǒng)主要由電池柜、電源機柜和配電柜組成其組成示意圖如圖所示二、新型全分散供電結構特點、可取消電力電池室的建設節(jié)約機房前期土建建設成本由于將電源設備含電池分散到設備機房內部安裝無需再單獨設置電力電池室這樣可減少機房前期土建建設成本更能提高機房的利用率、柔性規(guī)劃按需擴容實現(xiàn)邊成長邊投資的建設模式選擇模塊化電源設備建設電源系統(tǒng)容量可以根據(jù)機房的實際容量需求配置逐步擴容無需在建設初期一次性按最大容量建設只要在機房初期規(guī)劃好配電容量即可、電源系統(tǒng)結構簡單可靠性高從電源系統(tǒng)組成方面來看全分散供電電源系統(tǒng)組成相對傳統(tǒng)集中供電電源系統(tǒng)組成簡單系統(tǒng)可靠性非常高。全分散供電系統(tǒng)完全貼近通信設備供電省去了輸出配電屏到列頭柜間的供電環(huán)節(jié)通過系統(tǒng)可靠性計算全分散供電系統(tǒng)可用度可達到、電源系統(tǒng)效率高節(jié)能效果明顯選用高效電源設備電源系統(tǒng)效率能夠達到以上與傳統(tǒng)“1+TUPS冗余系統(tǒng)相比電源系統(tǒng)效率可提高?、電源系統(tǒng)配置靈活可滿足不同等級通信設備的用電需求由于電源設備安裝在每列設備的列頭或列間可根據(jù)通信設備供電等級要求采用單電源或雙電源系統(tǒng)供電。因此當機房全部采用全分散供電結構后可以隨時應對同設備的供電需求提高了工作效率、電源設備安裝緊湊提高了機房通信設備的裝機率由于列頭電源設備均采用19"標準機柜安裝設備安裝緊湊占地面積小拆裝方便所以搬遷容易、快捷、無浪費或少浪費隨時可滿足機房區(qū)域調整的需求。三、新型全分散供電結構對設備的選型要求為了能夠在同一機房內與設備機柜同列安裝與設備機柜保持風格一致電源設備選型配置要求如下、電源機柜、配電柜和電池柜尺寸要求為標準19"機柜、電源設備應采用高可靠性的模塊化電源如組合式高壓直流電源系統(tǒng)容量可根據(jù)需要進行擴容、電池應選用大電流放電特性好占地面積小、重量輕無酸霧適合在標準19"機柜內安裝的蓄電池如鋰電池、電源系統(tǒng)應有完善的監(jiān)控管理功能并能夠接入機房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理。隨著通信電源技術的發(fā)展模塊化電源和新型鋰電池在通信行業(yè)的廣泛應用現(xiàn)有的新型電源產(chǎn)品如咼壓直流和鋰電池等設備完全能夠滿足全分散供電方式電源設備的配置選型要求為我們創(chuàng)造了采用全分散供電結構的條件。高壓直流電源應用高壓直流供電系統(tǒng)是近幾年正在研究的一種集中了供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)的優(yōu)點為一體的新型供電系統(tǒng)。標稱電壓高壓直流電源是中國移動提出的面向未來全新的供電方案這與國際上提出的運行電壓是一致的具有國際先進水平。

四、高壓直流電源技術特點四、高壓直流電源技術特點高壓直流供電系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)供電系統(tǒng)效率低、可擴展性差、可靠性低、成本高等弊病具有電路簡單、變換少、可靠性高、效率高、體積小、成本低等優(yōu)點。其與傳統(tǒng)供電系統(tǒng)內部結構對比如圖所示。高壓直流供電系統(tǒng)可以很好地解決交流存在的諸多問題各種參數(shù)對比見表。五、高壓直流電源供電方案根據(jù)服務器輸入電壓的不同高壓直流電源在數(shù)據(jù)中心中供電方案主要有以下兩種方案一選用輸入電壓為直流服務器通過在服務器機架中部配置的嵌入式電源集中為直流服務器供電。直流服務器應用已非常成熟目前阿里巴巴、谷歌、數(shù)據(jù)中心均選用的直流服務器。方案二選用輸入電壓為直流服務器直接采用高壓直流系統(tǒng)供電。目前國際上高壓直流電源接口標準已于年月份發(fā)布、等企業(yè)將陸續(xù)推出直流服務器。六、高壓直流電源產(chǎn)品成熟度目前國內主要通信電源廠家如華為、艾默生、志成冠軍、中達、動力源、核達中遠通等均研發(fā)生產(chǎn)出高效率以上的直流電源產(chǎn)品和高效率以上的嵌入式電源或大部分廠家參與了中國移動高壓直流電源試點應用工程從系統(tǒng)各項測試結果來看產(chǎn)品的各項指標參數(shù)完全適用通信和數(shù)據(jù)設備的供電需求。隨著國內外高壓直流相關標準的陸續(xù)發(fā)布和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟通信電源廠家將推出各種類型的直流電源及相關配套產(chǎn)品相信高壓直流電源供電方案將成為數(shù)據(jù)中心高效供電解決方案。七、數(shù)據(jù)中心設備直流供電支持情況設備直流供電原理設備直流供電原理目前設備主要以交流供電為主交流電源模塊主要有兩種標準電源和標準電源其簡化的電路拓撲結構如圖所示。交流輸入先經(jīng)過濾波、整流、電路變換成左右的直流然后再將直流經(jīng)過電路變換成直流直流通過分壓電路獲得?直流電壓提供給設備電子負載使用。對于采用交流電源模塊供電的設備可以將其交流電源模塊替換為

直流電源模塊完成直流化升級。直流電源模塊的電路拓撲結構見圖。相比交流電源模塊省去了整流、這些電路直接將直流經(jīng)過電路變換成直流直流通過分壓電路獲得?直流電壓提供給設備電子負載使用。因變換環(huán)節(jié)和電路的簡化直流電源模塊比交流電源模塊的可靠性、效率更高成本更低。從以上拓撲結構圖的對比可以看出設備交流電源模塊和直流電源模塊有以下共同點?ICT設備內部基礎工作電壓均為直流通過分壓電路獲得?直流電為電子負載供電。無論外部輸入交流還是直流最后都需要轉換成以下直流電壓為電子負載供電。?DC/DC環(huán)節(jié)均備電氣隔離對設備的電子負載來說交流電源模塊和直流電源模塊輸出電源要求相同交流電源模塊供電的設備在更換電源模塊后可以采用直流電源供電。、現(xiàn)有設備直流供電支持情況數(shù)據(jù)中心主流應用的設備有路由器、交換機盒式交換機、框式交換機、服務器機架式服務器、刀片式服務器、存儲磁陣、防火墻設備等這些設備中的大多數(shù)是采用交流電源模塊供電這些交流電源模塊部分是可插拔的獨立的模塊部分是固定安裝在設備內部的獨立模塊。這些主流設備大多數(shù)都可以通過將交流電源模塊更換為直流電源模塊的方式支持直流供電應用。但目前的路由器、交換機等網(wǎng)絡設備一般沒有內置交流電源模塊或者直流電源模塊不能通過更換電源模塊的方式支持直流。設備內部的業(yè)務單板、控制單板等部件也不能支持直流直接輸入供電。因此路由器、交換機等網(wǎng)絡設備需要通過外置轉直流電源框的方式來實現(xiàn)支持直流供電。未來隨著路由器設備供電架構的演進也會出現(xiàn)內置直流電源模塊的供電架構直接支持直流供電。以華為公司生產(chǎn)的設備為例數(shù)據(jù)中心設備支持直流供電情況如表所示。鋰電池應用鋰電池是一種新型電池目前主要應用在電動汽車領域自年起中國移動已經(jīng)開始在一些移動通信基站和高壓直流供電系統(tǒng)設備的測試系統(tǒng)中試用探索中國移動引入鋰電池的安全性、適用性和經(jīng)濟性。、鋰電池技術特點鋰電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比具有環(huán)境污染小、適用溫度范圍寬、循環(huán)壽命長、咼溫性能好、充電效率咼、能量比咼占地面積小、重量輕等優(yōu)點。磷酸鐵鋰電池與傳統(tǒng)鉛酸電池對比分析如表所示。從表對比分析來看鋰電池非常適合大電流短時間放電場合因此對于高密度數(shù)據(jù)中心建議優(yōu)先考慮配置鋰電池特別是與高壓直流電源配合使用供電結構簡單可靠性高占用空間小能完全實現(xiàn)全分散供電結構的要求。、鋰電池應用方案目前在通信行業(yè)鋰電池產(chǎn)品主要以電池模塊由節(jié)電芯組成形式出現(xiàn)的當與直流電源配合使用時選擇個鋰電池模塊串聯(lián)成鋰電池組使用。由于鋰電池必須使用電池管理系統(tǒng)且需要對每個單體進行監(jiān)測和控制以保證電池的一致性但單一管理只以上的單體電池難度也很大。針對此問題我們提出了鋰電池組雙層管理模式底層為單元對單個鋰電池模塊進行監(jiān)測和管理上層為系統(tǒng)綜合處理底層個單元的監(jiān)測信息和管理要求同時與直流電源監(jiān)控模塊進行通信來實現(xiàn)對鋰電池組內部電芯進行管理確保電池充放電的安全。、鋰電池產(chǎn)品成熟度目前國內外主要鋰電池廠家如、比亞迪、雙登等均研發(fā)生產(chǎn)出能夠與直流電源系統(tǒng)配套的電池產(chǎn)品并進行了與直流電源配合應用測試從測試數(shù)據(jù)來看高質量的鋰電池能夠在數(shù)據(jù)中心機房中安全使用。結束語目前中國移動正積極開