“能耗大戶”的命脈--數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)

近幾年，隨著人們對數(shù)據(jù)中心所起到的重要作用的認知不斷加深，使得數(shù)據(jù)中心無論在建設規(guī)模還是發(fā)展速度上都得到了迅猛的發(fā)展，但 “能耗大戶”的稱謂也使數(shù)據(jù)中心陷入些許無奈和嘆息。如今能源問題已經上升到世界層面，節(jié)能降耗已經成為衡量一個數(shù)據(jù)中心成功與否、先進與否的重要指標，而作為掌控“能耗大戶”命脈的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)就猶如人體的心臟和血液一樣首當其沖，受到人們的關注。

由于對數(shù)據(jù)中心建設的整體理念缺乏認知，有些企業(yè)只對供配電系統(tǒng)的單一指標過份關注而不注重整體可靠性及安全性指標間的平衡，從而引發(fā)了一系列的如能耗浪費、諧波污染等諸多數(shù)據(jù)中心的隱患問題。因此，如何更安全、更適用、更綠色的配置數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)，使之如心臟般跳動有力、使其為數(shù)據(jù)中心輸送更為純凈的、源源不斷的新鮮血液，并發(fā)揮出其最大效能就成為新時期人們不得不考慮的問題。

“由于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結構以及形式有著密不可分的關系，因此從設計之初，就需要在充分了解數(shù)據(jù)中心整體應用和運營情況的前提下，提出有針對性的供配電解決方案，只有這樣才能實現(xiàn)提高數(shù)據(jù)中心效率，降低電力損耗的目標”。西門子IT解決方案和服務集團數(shù)據(jù)中心解決方案部經理程應軍先生在談到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設方案的時候談到：“首先從供電電源選擇的角度來看，以UPS設備為例，這些年來各主要品牌的UPS無論是在可靠性、整機效率、一鍵開關的操控性以及遠程報警和網(wǎng)上監(jiān)控等方面的功能，均得到了很大的提高，同時在輸出電流諧波失真的重要指標上均達到了小于3%，可以說在目前的技術水平上都已經達到了極致，甚至是標準化。因此從總體上來說供電電源設備的標準化導致供配電系統(tǒng)的布置和供配電系統(tǒng)架構對數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案的可靠性和安全性將起到至關重要的作用。”但是近年來出現(xiàn)的一個較大問題就是，大多數(shù)的用戶認為購買好的設備就能得到高可靠性，而忽略了數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性的“木桶效應”，正如中國電源學會交流穩(wěn)定委員會委員、中國人民銀行清算總中心高級工程師王力堅先生所談到的：“一些數(shù)據(jù)中心在對供電系統(tǒng)的設計中，UPS 采用了雙供電，而空調卻是單路供電。如果說斷電后UPS 仍在供電，而空調卻停止工作，那么整個數(shù)據(jù)中心的正常運作所能維持的時間將大大減少。諸多類似問題表明，目前一些數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)由于在建設之初缺乏整體設計理念，因此在實際應用過程中出現(xiàn)“木桶效應”中的“短板”狀態(tài)，也就是說，空調制冷的可靠性不高，即使UPS供電系統(tǒng)保持了高可靠性，也同樣會造成數(shù)據(jù)中心整體效率的降低。

對于數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)所存在的“短板”，程應軍先生也有著自己的理解與看法，他談到：“在外電滿足的情況下，數(shù)據(jù)中心的設計要在預定的生命周期內滿足數(shù)據(jù)中心各種實際需求，并可以做到隨用戶需求隨時改變。一套可持續(xù)發(fā)展、良好的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是保證數(shù)據(jù)中心所有設備安全運行的重要條件。為保證計算和存儲設備的供電順暢，就需要有獨立的配電系統(tǒng)、雙源互投系統(tǒng)和UPS組成統(tǒng)一供電防線。對于用戶所需大型服務器等設備還需做到可靠接地以達到一切符合標準。通過對電池與供電線路的合理配置最終達到提高數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的高穩(wěn)定、高可靠、高安全性。

因此按照安全、適用和綠色的原則進行對數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設計，第一要素是要考慮安全。以西門子北京數(shù)據(jù)中心為例，它作為西門子在亞洲最大的數(shù)據(jù)中心，一期占地面積超過490平米，擁有著100個機柜和630臺服務器，可為中國乃至整個亞洲的內外部客戶提供服務，是一個融合數(shù)據(jù)中心、通信中心和供電中心同在一個屋檐下的新型數(shù)據(jù)中心，并成為西門子地區(qū)性戰(zhàn)略IT樞紐。西門子數(shù)據(jù)中心機柜配電模式采用了母線到機柜的形式。其中母線槽為密集型系統(tǒng)，是一種內部采用典型的三明治結構，是一種靈活可靠的配電系統(tǒng)，母線槽為密集型系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、配電效能高、散熱好、電壓降低、耐機械沖擊和安裝簡便的特點，此種形式的配電模式不僅大大提高了機柜配電分配的靈活性、擴展性，同時也大大增強了整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時，西門子北京數(shù)據(jù)中心配電斷路器具備監(jiān)控功能，該功能不但可實現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)的集中監(jiān)控，便于維護管理人員準確快速的發(fā)現(xiàn)問題。而且可以對數(shù)據(jù)中心的核心指標之一的PUE值（數(shù)據(jù)中心能源利用效率指標）進行實時測量，以便不斷進行優(yōu)化配置，達成能源利用的最大化，因此西門子北京數(shù)據(jù)中心的高能源利用率（PUE=1.7）和其本身的“最佳實踐”為廣大用戶提供了“最佳參考”。

在考慮數(shù)據(jù)中心安全的同時適用性和綠色節(jié)能也同樣的重要，并非可靠性越高，安全性就越高。同樣以供電設備UPS為例，在絕大多數(shù)的情況下，兩臺UPS 采用單機雙母線比其并機單母線的輸出更可靠，但在特定情況下會出現(xiàn)相反的結果，所以一定要根據(jù)數(shù)據(jù)中心實際的供電現(xiàn)狀和具體的業(yè)務需求進行設計，符合適用性和可用性的原則。事實上，如果過度考慮可靠性和安全性，忽略適用性，如：8 臺UPS 做成一個非常復雜的系統(tǒng)去帶一臺用電設備，首先這種系統(tǒng)復雜到一定程度就會達到一個安全極限，如果再增加其復雜程度，只會增加故障的概率和隱患，反而不會增加其可靠性。其次，系統(tǒng)超出適用范圍就會帶來非常大的經濟浪費。因此在談到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設計的原則時，程應軍還談到了“可用性和遵循分區(qū)、分級的原則”--即在整個數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設計之初，要將故障容錯、可維護性、可增容性、防止故障擴散和可管理性考慮在內，“西門子北京數(shù)據(jù)中心的布局采用了分艙設計，該設計與船舶的船艙分艙技術的概念類似，提高整體系統(tǒng)的安全性、可靠性；無論在任何一個區(qū)域出現(xiàn)任何火災等異常情況，不會殃及其他區(qū)域，從而最大程度的降低局部風險對整個系統(tǒng)的危害。其次可以對不同區(qū)域的功能和設備的特點，進行分區(qū)溫度控制，根據(jù)配電室、電池室、裝配間、數(shù)據(jù)磁帶備份室及IT主機房的不同要求控制不同的溫、濕度，從而達到最佳的節(jié)能效果。”

最終，供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心不可或缺的“心臟和血液系統(tǒng)”，任何細微的故障都會對整個數(shù)據(jù)中心的運營產生極大的影響，因此如何保障其連續(xù)、穩(wěn)定、平衡和分類是在設計數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案的重要出發(fā)點之一，正如程應軍最后談到的，“數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是一個從整體出發(fā)的，并不是一套原則就能夠應用到所有的數(shù)據(jù)中心中去，如何真正做到使其節(jié)能降耗的方針還是取決于實際的應用情況，我們在做好供配電系統(tǒng)持續(xù)運行的基礎上，通過持續(xù)對數(shù)據(jù)中心設備的可靠性、合理的規(guī)劃和良好的組織管理的提升來改善數(shù)據(jù)中心基礎設施的可用性，使數(shù)據(jù)中心變得更加綠色，擁有更高的IT投資回報，為更多用戶提供更廣泛的細致服務，體現(xiàn)更多IT價值。”