数据中心供配电系统概述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,数据中心供电系统概述,2015,年,9,月,1,、数据中心概述,2,、数据中心的等级划分,3,、数据中心供配电系统设计依据,4,、数据中心对供配电系统的要求,5,、数据中心供配电系统组成,6,、数据中心的供电发展前景,提纲,1,、数据中心的概述,1,）数据中心的定义：数据中心（,Internet,Data,Center,）是基于,Internet,网络，为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施基地并提供相关的服务。,域名注册查询,主机托管,资源出租,系统维护,数据中心的业务,管理服务,其他支撑、运行服务,1,、数据中心的概述,主机房区,辅助区,支持区,测试区,数据中心工作区域,办公管理区,进货拆包区,-,1,、数据中心的概述,供配电系统,应急电源系统,不间断电源系统,空调制冷系统,关键物理基础设施,防雷接地系统,安防监控系统,消防报警系统,1,、数据中心的概述,KVM,管理系统,综合布线系统,机房装修系统,在互联网广泛应用的大背景下，随着数据中心日益走向高容量、高密度化，特别是云计算技术的应用，更加加剧了能源的巨大消耗。如何高效地管理数据中心的数据，轻松实现对数据的访问，同时又能保证数据的安全，如何在提高能源利用率的同时保证数据中心的可用性，这些方面是所有数据中心管理者最关心的问题。实际上这一系列的问题在数据中心规划、设计、建造时就已经大体确定了，有什么样的规划设计就决定了数据中心今后什么样的发展道路。,1,、数据中心的概述,2,、数据中心等级的划分,国外主要是根据美国,TIA-942,数据中心通讯设施标准,中,“,可用性,”,、,“,稳定性,”,、,“,安全性,”,的要求设立,Tier1,、,Tier2,、,Tier3,、,Tier4,四个等级,。,我国一般根据,电子信息系统机房设计规范,GB50174-2008,标准，按照机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性将数据中心机房由高到低分为,A,、,B,、,C,三级。,2,、数据中心等级的划分,3,、数据中心供配电系统设计依据,一、设计依据和执行的主要规范和标准,电子信息系统机房设计规范（,GB50174-2008,）,电子信息系统机房施工及验收规范（,GB50462-2008,）,计算机场地技术要求（,GB/T2887-2000,）,供配电系统设计规范（,GB50052-95,）,低压配电设计规范（,GB50054-95,）,高层民用电气设计防火规范（,GB50045-95,）,民用电气设计规范（,JGJ/T 16-92,）,建筑电气工程施工质量验收规范（,GB50303-2002,）,消防疏散标志设置标准（,GBJ01-611-2002,）,通信机房静电防护通则（,YD/TT54-95,）,建筑物电子信息系统防雷技术规范（,GB50343-2004,）,4,、数据中心供配电系统组成,一个完善的机房供电系统是保证机房服务设备、关键网络设备、场地设备、辅助设备用电安全和可靠地基本条件。高品质的机房供电系统体现在：无断电故障、高容错；在不影响负载运行的情况下可进行在线维护，有防雷、防火、防水等保护功能。,高低压配电系统,应急电源系统,不间断电源系统,精密列头柜及,PDU,系统,数据中心供配电系统的组成,照明及应急照明系统,防雷接地系统,布线系统,数据中心机房配电系统主要设备,4,、数据中心供配电系统组成,高低压配电系统,应急电源系统,不间断电源系统,SPM,列头柜系统,服务器机柜系统,PDU,插排系统,4,、数据中心供配电系统组成,1.,高压配电系统主要由高压配电一次设备和与之相关的二次设备组成，主要包括高压开关柜、高压母线、高压断路器、氧化锌避雷器、高压电缆、接地开关、互感器、变压器等；二次设备主要有继电保护装置、计量装置、测量装置、指示仪表、操控电路、温湿度控制电路等。,2.,低压配电系统主要由配电装置及配电线路组成。，主要有低压配电柜动力和照明线路等组成包括高低压断路器、空气开关、负荷开关、控制开关、接触器、继电器、低压计量及检测仪表等设备组成。,高低压配电系统的主要作用：传输和分配电能。,3.,应急电源系统主要包括应急柴油发电机组和蓄电池组。,4.,不间断断电源系统主要是指由蓄电池组和,UPS,主体设备组成的供电系统。,5.,照明和应急照明系统主要是为满足机房正常运行和人员工作的光线要求。,6.,布线系统主要是为了让数据中心结构化布线的规划与设计符合国家规范。,7.,防雷和接地系统主要作用是通过安装合理的设备和合理的布线，防止外部和内部引起的线路过电压对机房设备及人员安全造成的损害，主要有防雷设备,SPD,和接地设备组成。,5,、数据中心对供配电系统的要求,1,）数据中心业务对的供配电系统的总体要求概括起来主要是：连续、稳定、平衡、分类。,连续,稳定,平衡,分类,对供、配电系统的总体要求,指电网不间断供电,指电网电压频率稳定，波形失真小,是指三相电源平衡,按照重要性分开处理供配电,2,）对供电电源电能质量的要求，按照,电子信息系统机房设计规范,GB 50174,2008,的要求，电子信息设备供电电源质量应根据电子信息系统机房的等级，按,GB 50174,2008,附录,A,的要求执行。,5,、数据中心对供配电系统的要求,5,、数据中心对供配电系统的要求,5,、数据中心对供配电系统的要求,A,级数据中心机房要求供配电系统要具备容错功能，基本配置：两路市电,+UPS+,柴发,5,、数据中心对供配电系统的要求,B,级数据中心机房要求供配电系统具备冗余和在线维护功能，基本配置：两路市电,+UPS,或,1,路市电,+,油机,+UPS,。,5,、数据中心对供配电系统的要求,C,级数据中心供配电系统按基本要求配置，要求电子信息系统工作不中断。基本配置：单路市电,+UPS,。,5,、数据中心对供配电系统的要求,1,、供配电系统应为电子信息系统的可扩展性预留备用容量。,2,、电子信息系统机房应由专用配电变压器或专用回路供电，变压器宜采用干式变压器。,3,、电子信息系统机房内的低压配电系统应采用,TN,S,系统。,4,、电子信息设备应由不间断电源系统供电。确定不间断电源系统的基本容量时应留有余量。不间断电源系统的基本容量可按下式计算：,E1.2P,；,E,不间断电源系统的基本容量，不包括备份不间断电源系统设备；,P,电子信息设备的计算负荷,5,、用于电子信息系统机房内的动力设备与电子信息设备的不间断电源系统应由不同回路配电。,6,、电子信息设备的配电应采用专用配电箱（柜），专用配电箱（柜）应靠近用电设备安装。,5,、数据中心对供配电系统的要求,7,、电子信息设备专用配电箱（柜）宜配备浪涌保护器、电源监测和报警装置。当输出端中性线与,PE,线之间的电位差不能满足电子信息设备使用要求时，宜配备隔离变压器。,8,、后备柴油发电机的容量应包括不间断电源系统、空调和制冷设备的基本容量及应急照明和关系到生命安全的需要的负荷容量。,9,、市电与柴油发电机的切换应采用具有旁路功能的自动转换开关。自动转换开关检修时，不应影响电源的切换。,10,、敷设在隐蔽通风空间的低压配电线路应采用阻燃铜芯电缆；活动地板下作为空调静压箱时，电缆线槽（桥架）的布置不应阻断气流通路。,11,、配电线路的中性线截面积不应小于相线截面积；单相负荷应均匀分配在三相线路上。,5,、数据中心对供配电系统的要求,数据中心对低压配电系统的要求,：配电线路应装设短路保护、过载保护、和接地保护作用于切断供电电源和发出报警信号。当维护、测试和检修设备时，应设置隔离电器。配电线路采用上下级保护电器，其动作应具有选择性；各级之间应协调配合。,1,设计时应保证上下级具有选择性,2,最大限度的保障供电的连续性,3,断开离故障点最近的开关排除故障,4,例如左图中，左下开关所带负荷故障不能引起上级开关跳闸,5,、数据中心对供配电系统的要求,1,、单机供电方案，是最基本的配置单元，由它可以组合成不同的供电方案,适用于,T1,级机房。,优点：设计概念简单，硬件配置成本低廉，由于,UPS,工作于满负荷条件下，因而其效率最高，具备高于市电的可用性,缺点：存在多个单故障点，在,UPS,、电池或下游设备维护期间，负载处于无保护状态，缺乏冗余，限制了在,UPS,发生故障时对负载的保护能力，可用性有限。,数据中心供配电系统的不间断电源,5,、数据中心对供配电系统的要求,数据中心供配电系统的不间断电源模块介绍,2,、,模块并联冗余供电方案，适用于,T2,级机房。,优点：当单个,UPS,模块出现故障时，无需将关键负载转换到市电，所有,UPS,的用途都在于保护关键负载不受市电变化及断电的影响。可以从总线中取下任意一个模块进行修理，而无需将关键负载直接连接到市电。,缺点：一个是系统要求采用同一制造商生产的相同容量的,UPS,模块，再有就是,UPS,模块制造商还必须提供系统并联电路板，实现并联模块通讯功能。,5,、数据中心对供配电系统的要求,数据中心供配电系统的不间断电源模块介绍,3,、双总线供电方案，适用于,T3T4,级别机房，也是目前常用方案,优点：两条独立的供电线路，无单故障点，容错性极强，该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了全方位的冗余，可靠性很高，其基本设计概念是允许每一个电气设备都可以在无需将关键负载转换到市电的条件下出现故障或手动关闭,缺点：冗余组件数量多，成本很高，一般的建筑物不太适合采用可用性极高的双系统，因为这种系统需要对冗余组件进行分开放置，由于未达到满负荷工作状态，,UPS,效率低。,具体采用哪种供电方式才比较合理，要从数据中心机房等级、数据对企业运行的重要性、设备高可用性和企业成本的平衡，企业对于数据丢失的风险承受能力及企业财务预算等方面综合考虑。,推荐：,A,级和,B1,级数据中心机房作为负载十分重要的场合,应按容错系统配置，,UPS,供电方案应采用,2N,或,2,（,N+1,）双总线系统。,正确选择及合理配置理想的,UPS,，以满足数据中心机房,IT,设备运行的安全性、稳定性及可靠性的要求：,1,、,合理选择,UPS,的容量,2,、,确定所需,UPS,的类型和供电方案,3,、比对不同品牌相同规格,UPS,的电气技术参数,4,、确定所需电池后备时间,5,、,绿色环保,UPS,是选择方向,6,、,要有强有力的售后服务作为技术支持,建议：选择市场率占有高、口碑好、各项性能参数指标强、售后服务好、价格相对较低的环保型高频机。如艾默生、伊顿,APC,、柏克、山特等品牌。,5,、数据中心对供配电系统的要求,数据中心供电系统能够实现不停电连续运行的最基本的条件是必须具备备用能源。,数据中心供电系统的备用能源有两种：,一是备用柴油发电机,(,或完全独立的第二路市电,),提供的交流电源，用于在主供电电网故障时继续维持数据中心正常运行,;,二是备用电池提供的直流电源，用于在主供电电网故障后备用油机启动和切换时间内支持,UPS,继续向关键,IT,负载供电。,5,、,数据中心的应急备用电源,5,、数据中心供配电系统组成,柴油发电机组,1,、主要作用：市电故障时为数据中心重要负载提供后备电源保障。,2,、部件组成：柴油发动机、交流发电机和机组控制系统,3,、系统配置：按照,N+1,或者,2N,的原则来配置机组的数量,4,、运行方式：单机、机组并联,5,、主要参数：容量、电压、频率、油压、油温、水温等等,6,、机组容量：,3200KVA,以内采用,400V,低压油机，,3200KVA,以上容量采用,10kV,高压油机。,5,、数据中心供配电系统组成,备用直流电源蓄电池,在数据中心供电系统中，蓄电池是,UPS,设备的一部分，它的使用环境、充放电管理和维护都与,UPS,相关。,主要作用：市电正常供电时，电池在整流充电电路中储存电能，同时对直流电路起到平滑滤波的作用，并在逆变器发生过载时，起到缓冲器的作用。在主供电网故障后备用油机启动和切换时间内支持,UPS,向关键,IT,负载供电。,主要参数：标称容量、电动势、放电率、浮,/,均充电压、终止电压等等,最佳环境温度：,20-25,摄氏度,使用注意事项：单节,/,电池串电压选择、,浮,/,均充电压设定、温度补偿、电池纹波系数、电池均一性等,5,、数据中心供配电系统组成,动能电池：飞轮电池,飞轮电池是,90,年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。,配电电源布线系统,按照数据中心综合布线系统整体要求，数据中心机房内布线空间主要包含主配线区（,MDA,），水平配线区,(HDA),，区域配线区,(ZDA),和设备配线区,(EDA),。,为了让数据中心结构化布线的规划与设计规范化，建议重点参考以下几个标准：,GB50174-2008 ,电子信息系统机房设计规范,ANSI/TIA-942-2005,数据中心电信设施标准,ISO/IEC 24764 ,数据中心通用布线标准,数据中心布线系统设计于施工技术白皮书,民用建筑电气设计规范,之配电线路布线系统,数据中心供配电系统布线方式有很多种，其中最常用的有金属管线布线、电缆桥架布线和封闭母线布线。,电缆桥架,封闭母线,托盘式,梯架式,网格式,密集型,耐火性,高低压配电机房,通讯机房,数据机房、通讯机房、网络机房,配电设备,高低压配电机房、消防、制冷负荷较大设备,价格便宜、安装方便、美观实用，不方便维护,价格高、安装方便、美观，散热好，维护方便,价格高、安装方便、美观，散热好，维护方便,安装方便、美观、容量大、不耐高温,安装方便，美观大方、容量更大、耐高温,防雷接地系统,通讯中断、电力破坏、建筑损坏、森林火灾、人畜伤害等。,雷电现象造成的危害：,雷电侵袭的主要途径：,雷电直击、雷电波侵入、电磁脉冲、地电位反击等途径。,拦截、分流、均衡、屏蔽、接地、合理布线等，其核心就是泄放和均衡。,雷电侵袭的防护方法：,共用接地系统、等电位连接、合理的布线、安装浪涌防护（,SPD,）等。,机房内部的防雷措施：,接地系统指的是由大地、接地体、接地线、辅助等电位连接体组成的电气系统，它为系统中过电压提供良好的泄放通道。,作用：防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障通信系统正常运行。,分类：工作接地、保护接地、防雷接地。,接地方式：,IT,、,TT,、,TN,接地系统。,TN,接地系统又分为,TN,C,、,TN-C-S,、,TN,S,，机房常用,TN,S,系统。,防雷接地系统,数据中心机房等电位连接系统,新一代数据中心是基于标准构建模块，通过模块化软件实现自动化,24x7,无人值守计算与管理，并以供应链方式提供共享的基础设施、信息与应用等,IT,服务。新一代数据中心应是一个整合的、标准化的、最优化的、虚拟化的、自动化的适应性基础设施环境和高可用计算环境。,未来数据中心供电发展的整体趋势,是由高压,/,集中式,/,交流大,UPS,向低压,/,分布式,/,直流小,UPS,方向发展，由机房外集中式铅酸电池向,IT,机柜内分布式小,(,锂,),电池方向发展，从化石能源向绿色能源方向发展。,6,、新一代数据中心配电系统发展趋势,大数据时代数据中心对供电系统的要求,容量更大、寿命更长、可靠性更高,供电方式表现为大集中和大分散,用分散构建集中,新一代数据中心对供电系统的要求,新一代数据中心不间断电源供电方式,：,1,、交流输出形式（,UPS,方式）：采用模块化高频机，静止变换储能式和旋转发电机飞轮储能式，静止双变换储能式,UPS,是目前数据中心机房常用形式；飞轮储能式技术先进、效率高，但是高昂的造价和维护费用,短期内客户不容易接受。,2,、高压直流输出供电形式：,240V,高压直流技术可以不用改造设备快速实现节能，,IT,设备电源微调即使可以接近市电主供高压直流后备,100%,的供电效率，但双电源成本较高，且路径效率不高，所以这可能只是未来几年的过渡技术。,高压直流高频直流供电系统优势,序号,项目,新建,UPS,系统,（双机并联冗余）,新建高压,直流系统,对比结果,1,建设成本,主机,4,台,400kVA UPS,160,万元,6,套,148kW,电源,144,万元,高压直流系统比,UPS,系统直接成本,节约投资,34.7%,2,蓄电池配置（,1,小时）,8,组,1200Ah,292,万元,12,组,600Ah,151,万元,3,变压器（估价）,1600kVA,30,万元,1100kVA,21,万元,高压直流系统比,UPS,系统间接成本,节约投资,37%,节省占地面积,85,平方,4,发电机（估价）,1600kVA,240,万元,1100kVA,150,万元,5,空调（,估价）,100kW,5,万元,40kW,2,万元,6,机房面积占用,183.6,平方,98.6,平方,7,运营成本,能耗成本,高压直流系统比,UPS,系统,平均节电,10-15%,：,高压直流系统效率比,UPS,系统提高,10%,左右，,同时空调耗电量也相应减少,2-3%,，总计节电量达,13%,左右，按,0.85,元,/,度计算，,每年节省电费约,50,万元。（另变压器耗损降低还未计入）,高压直流系统比,UPS,系统,运营成本显著降低,8,运行安全性,高压直流系统比,UPS,系统,可用性大幅提高,9,主设备运行寿命,810,年,1012,年,10,投资阶段性,一次规划，一次投资,一次规划，,分批投资,11,维护方式,复杂,简单,随着,IT,设备单机架功率不断上升以及对降低能效和成本的不懈追求，,48V,架构还归一了,IT,设备、网络、空调末端、弱电监控等设备，而锂电池、燃料电池以及风能、太阳能等绿色能源的进步以及发展会加快这一进程。带电池插框的,48V,市电直供技术会成为未来数据中心,IT,供电架构的重要发展方向，成为绿色环保、弹性灵活、低成本高可靠的数据中心供电之路。,3,）,48V,直流供电系统,谢谢大家！,