“能耗大户”的命脉--数据中心供配电系统

近几年，随着人们对数据中心所起到的重要作用的认知不断加深，使得数据中心无论在建设规模还是发展速度上都得到了迅猛的发展，但 “能耗大户”的称谓也使数据中心陷入些许无奈和叹息。如今能源问题已经上升到世界层面，节能降耗已经成为衡量一个数据中心成功与否、先进与否的重要指标，而作为掌控“能耗大户”命脉的数据中心供配电系统就犹如人体的心脏和血液一样首当其冲，受到人们的关注。

由于对数据中心建设的整体理念缺乏认知，有些企业只对供配电系统的单一指标过份关注而不注重整体可靠性及安全性指标间的平衡，从而引发了一系列的如能耗浪费、谐波污染等诸多数据中心的隐患问题。因此，如何更安全、更适用、更绿色的配置数据中心供配电系统，使之如心脏般跳动有力、使其为数据中心输送更为纯净的、源源不断的新鲜血液，并发挥出其最大效能就成为新时期人们不得不考虑的问题。

“由于数据中心供配电系统的安全性、可靠性和供电电源选择、供配电系统布置、供配电系统结构以及形式有着密不可分的关系，因此从设计之初，就需要在充分了解数据中心整体应用和运营情况的前提下，提出有针对性的供配电解决方案，只有这样才能实现提高数据中心效率，降低电力损耗的目标”。西门子IT解决方案和服务集团数据中心解决方案部经理程应军先生在谈到数据中心供配电系统建设方案的时候谈到：“首先从供电电源选择的角度来看，以UPS设备为例，这些年来各主要品牌的UPS无论是在可靠性、整机效率、一键开关的操控性以及远程报警和网上监控等方面的功能，均得到了很大的提高，同时在输出电流谐波失真的重要指标上均达到了小于3%，可以说在目前的技术水平上都已经达到了极致，甚至是标准化。因此从总体上来说供电电源设备的标准化导致供配电系统的布置和供配电系统架构对数据中心供配电系统解决方案的可靠性和安全性将起到至关重要的作用。”但是近年来出现的一个较大问题就是，大多数的用户认为购买好的设备就能得到高可靠性，而忽略了数据中心供配电系统可靠性的“木桶效应”，正如中国电源学会交流稳定委员会委员、中国人民银行清算总中心高级工程师王力坚先生所谈到的：“一些数据中心在对供电系统的设计中，UPS 采用了双供电，而空调却是单路供电。如果说断电后UPS 仍在供电，而空调却停止工作，那么整个数据中心的正常运作所能维持的时间将大大减少。诸多类似问题表明，目前一些数据中心的供配电系统由于在建设之初缺乏整体设计理念，因此在实际应用过程中出现“木桶效应”中的“短板”状态，也就是说，空调制冷的可靠性不高，即使UPS供电系统保持了高可靠性，也同样会造成数据中心整体效率的降低。

对于数据中心的供配电系统所存在的“短板”，程应军先生也有着自己的理解与看法，他谈到：“在外电满足的情况下，数据中心的设计要在预定的生命周期内满足数据中心各种实际需求，并可以做到随用户需求随时改变。一套可持续发展、良好的数据中心供配电系统是保证数据中心所有设备安全运行的重要条件。为保证计算和存储设备的供电顺畅，就需要有独立的配电系统、双源互投系统和UPS组成统一供电防线。对于用户所需大型服务器等设备还需做到可靠接地以达到一切符合标准。通过对电池与供电线路的合理配置最终达到提高数据中心供电系统的高稳定、高可靠、高安全性。

因此按照安全、适用和绿色的原则进行对数据中心供配电系统的设计，第一要素是要考虑安全。以西门子北京数据中心为例，它作为西门子在亚洲最大的数据中心，一期占地面积超过490平米，拥有着100个机柜和630台服务器，可为中国乃至整个亚洲的内外部客户提供服务，是一个融合数据中心、通信中心和供电中心同在一个屋檐下的新型数据中心，并成为西门子地区性战略IT枢纽。西门子数据中心机柜配电模式采用了母线到机柜的形式。其中母线槽为密集型系统，是一种内部采用典型的三明治结构，是一种灵活可靠的配电系统，母线槽为密集型系统具有稳定可靠、配电效能高、散热好、电压降低、耐机械冲击和安装简便的特点，此种形式的配电模式不仅大大提高了机柜配电分配的灵活性、扩展性，同时也大大增强了整个系统的可靠性和安全性。同时，西门子北京数据中心配电断路器具备监控功能，该功能不但可实现对整个电力系统的集中监控，便于维护管理人员准确快速的发现问题。而且可以对数据中心的核心指标之一的PUE值（数据中心能源利用效率指标）进行实时测量，以便不断进行优化配置，达成能源利用的最大化，因此西门子北京数据中心的高能源利用率（PUE=1.7）和其本身的“最佳实践”为广大用户提供了“最佳参考”。

在考虑数据中心安全的同时适用性和绿色节能也同样的重要，并非可靠性越高，安全性就越高。同样以供电设备UPS为例，在绝大多数的情况下，两台UPS 采用单机双母线比其并机单母线的输出更可靠，但在特定情况下会出现相反的结果，所以一定要根据数据中心实际的供电现状和具体的业务需求进行设计，符合适用性和可用性的原则。事实上，如果过度考虑可靠性和安全性，忽略适用性，如：8 台UPS 做成一个非常复杂的系统去带一台用电设备，首先这种系统复杂到一定程度就会达到一个安全极限，如果再增加其复杂程度，只会增加故障的概率和隐患，反而不会增加其可靠性。其次，系统超出适用范围就会带来非常大的经济浪费。因此在谈到数据中心供配电系统设计的原则时，程应军还谈到了“可用性和遵循分区、分级的原则”--即在整个数据中心供配电系统的设计之初，要将故障容错、可维护性、可增容性、防止故障扩散和可管理性考虑在内，“西门子北京数据中心的布局采用了分舱设计，该设计与船舶的船舱分舱技术的概念类似，提高整体系统的安全性、可靠性；无论在任何一个区域出现任何火灾等异常情况，不会殃及其他区域，从而最大程度的降低局部风险对整个系统的危害。其次可以对不同区域的功能和设备的特点，进行分区温度控制，根据配电室、电池室、装配间、数据磁带备份室及IT主机房的不同要求控制不同的温、湿度，从而达到最佳的节能效果。”

最终，供配电系统作为数据中心不可或缺的“心脏和血液系统”，任何细微的故障都会对整个数据中心的运营产生极大的影响，因此如何保障其连续、稳定、平衡和分类是在设计数据中心供配电系统解决方案的重要出发点之一，正如程应军最后谈到的，“数据中心供配电系统是一个从整体出发的，并不是一套原则就能够应用到所有的数据中心中去，如何真正做到使其节能降耗的方针还是取决于实际的应用情况，我们在做好供配电系统持续运行的基础上，通过持续对数据中心设备的可靠性、合理的规划和良好的组织管理的提升来改善数据中心基础设施的可用性，使数据中心变得更加绿色，拥有更高的IT投资回报，为更多用户提供更广泛的细致服务，体现更多IT价值。”