大型数据中心供配电系统研究核心要点构架

徐翠霞

摘 要：随着移动电信等运营商的集中采购和腾讯等大、中型数据中心的规模应用，小母线市场会继续阶跃式发展，并且逐渐呈现出取代列头柜的一个趋势。根据行业人员调研预估，小母线2019年约为3亿元市场，2021年规模约为5亿，此后每年大约保持在30%的一个增长速度，预计到2025年市场规模将达到一个20亿元左右。

关键词：大型数据；供配电系统；核心要点

引 言

随着信息技术的飞速发展，数据中心已成为现代社会的重要组成部分。而供配电体系结构则是数据中心运行的核心基础设施。本文将详细介绍数据中心供配电体系结构，包括其重要性、设计原则、组成部分以及维护措施。

一、数据中心供配电系统概述

数据中心供配电系统主要包括电源、配电设备、UPS（不间断电源）、电源线、地线、电池等组成部分。该系统的主要功能是确保数据中心设备在任何情况下都能获得稳定的电力供应，避免因电源故障导致的数据损失或设备损坏。数字经济是继农业经济、工业经济之后的新型经济形态，是推进中国式现代化的重要时代背景。数据是数字经济的核心生产要素，数据中心则是数字经济的基础设施为推动中国数字经济发展，全方位推动数字中国的建设，国家前后颁布两部重要政策，从资源调配上推出“东数西算”，在基础建设方面推出“算力基础设施高质量发展行动计划”，多项政策颁布，旨在推动中国数字化进程，推动算力资源的区域均衡布局和协调发展，以及数字基础设施高质量发展。

二、数据中心供配电系统架构

（一）市电输入

市电输入是数据中心供配电系统的第一环，它从外部电网接收电力，并将其输送到配电设备。市电输入应当具有足够的容量和稳定性，以满足数据中心的电力需求。

（二）配电设备

配电设备是数据中心供配电系统的核心，它负责将市电进行分配，输送到不同的区域和设备。配电设备应当具有高效率、低能耗、易维护等特点，同时还应具备对过载和短路的保护功能。

（三）UPS系统

UPS系统是数据中心供配电系统中至关重要的一环。当市电输入出现故障或不稳定时，UPS系统能够提供临时的电力供应，确保数据中心设备的正常运行。此外，UPS系统还能对电力进行净化，去除电源中的干扰和噪音。

（四）电池系统

电池系统作为UPS系统的备用能源，当市电输入长时间中断时，电池系统能够为数据中心设备提供持续的电力供应。因此，电池系统的容量和性能对数据中心的可靠性具有重要影响。

（五）监控与报警系统

为了确保数据中心供配电系统的稳定运行，监控与报警系统是必不可少的。该系统能够实时监控电力参数（如电压、电流、频率等），发现异常情况并及时报警。此外，监控与报警系统还能够对系统的运行状态进行记录和分析，为维护人员提供参考。

三、数据中心供配电系统的维护与管理

为了确保数据中心供配电系统的长期稳定运行，以下维护与管理措施是必要的：定期检查：定期对供配电系统进行检查，包括电源、配电设备、UPS系统、电池系统等组成部分，确保其正常运转。预防性维护：对供配电系统进行预防性维护，例如定期更换部件、清洗滤网等，以防止故障的发生。培训与教育：对操作和维护人员进行培训和教育，提高他们的技能水平和对系统的熟悉程度。应急预案：制定应急预案，以应对可能出现的电力危机或故障，确保数据中心的稳定运行。持续优化：根据实际情况和需求，对供配电系统进行持续的优化和改进，提高其效率和可靠性。数据中心供配电系统是确保数据安全和设备稳定运行的关键因素。通信行业将受益于“东数西算”工程，因为数据中心建设和算力网络的构建都需要通信网络的支撑，随着数据中心数量的增加和规模的扩大，通信行业将有更多的机会提供相关的网络设备和信息服务为了满足日益增长的电力需求和应对复杂的供电环境，我们需要对供配电系统进行深入的研究和持续地改进。加强系统的维护与管理，提高操作人员的技能水平，制定应急预案等措施也是保证供配电系统稳定运行的必要手段。只有这样，我们才能为数据中心的可靠性和稳定性提供有力的保障。

四、数据中心用电现状分析

（一）最高用电量

数据中心运行的主要成本之一是电力消耗，由于需要大量的服务器、网络设备和冷却系统等硬件设备，数据中心对电力的需求非常高。根据统计数据，一个典型的大型数据中心每年的用电量可以相当于一个小城市的总用电量。

（二）能源浪费

数据中心的高能耗也导致了能源的浪费问题。一方面，大量设备的运行使得数据中心内的能源利用效率低下，许多服务器的运行效率远低于峰值；另一方面，冷却系统的能源消耗也相当可观。数据中心的能源浪费不仅对环境造成了负面影响，也增加了企业的运营成本。

（三）自给自足

数据中心的高用电量要求寻找可持续的能源解决方案。许多数据中心正在探索使用太阳能、风能等可再生能源进行供电，以减轻对传统能源的依赖。同时，一些数据中心开始积极参与能源回收和回收利用项目，例如利用废热进行供暖。

（四）解决方案

1.虚拟化和云计算

通过采用虚拟化技术和云计算架构，数据中心可以实现服务器的资源共享和高效利用[1]。虚拟化技术可以提高硬件的利用率，减少不必要的能源浪费。同时，云计算可以根据实际需求灵活调整数据中心的运行状态，进一步提高能源利用效率。

2.节能技术

数据中心可以采用节能技术来降低能源消耗。例如，使用高效的服务器和网络设备，减少电力转换损失；优化冷却系统，提高散热效率；利用智能化管理系统，实现精确的能源监控和调控。这些技术的应用可以显著减少数据中心的用电量。

3.合理规划布局

在数据中心的规划和布局过程中，需要考虑电力供应、空调系统、电力传输和配电等方面的问题[2]。合理的规划能够降低电力传输损耗和冷却能耗，提高数据中心的整体能效。

（五）数据中心建设用电现状的挑战

1.供电不稳定

数据中心对电力供应的稳定性要求非常高。但在一些地区，电力供应可能不够稳定，存在停电、电压不稳定等问题，给数据中心的稳定运行带来风险。

2.用电成本

数据中心的高用电量直接导致了昂贵的用电成本。为了提高竞争力和降低运营成本，数据中心需要寻找更加高效和经济的能源解决方案。

3.环境影响

数据中心的高能耗和能源浪费给环境造成了一定程度的影响。随着社会对环境保护意识的提高，数据中心需要积极采取措施减少环境的负面影响。

四、数据中心硬件配置

随着信息技术的快速发展，数据中心已成为企业运营的重要支柱，运载力方面，国家枢纽节点数据中心集群间基本实现不高于理论时延1.5倍的直连网络传输，重点应用场所光传送网（OTN）覆盖率达到80%，骨干网、城域网全面支持IPv6，SRv6等创新技术使用占比达到40%。存储力方面，存储总量超过1800EB，先进存储容量占比达到30%以上，重点行业核心数据、重要数据灾备覆盖率达到100%。应用赋能方面，打造一批算力新业务、新模式、新业态，工业、金融等领域算力渗透率显著提升，医疗、交通等领域应用实现规模化复制推广，能源、教育等领域应用范围进一步扩大，每个重点领域打造30个以上应用标杆。

（一）服务器配置

服务器是数据中心的核心组件，负责处理各种业务请求。在选择服务器时，企业需要考虑以下因素：处理器：服务器的处理器是其性能的关键因素。多核心、多线程的处理器有助于提高服务器的计算能力。内存：足够的内存可以确保服务器能够同时处理多个任务。如果服务器内存不足，可能会导致任务延迟或失败。存储：企业需要考虑服务器的存储容量和速度。快速、大容量的存储设备可以提高服务器的数据读写速度[3]。网络：服务器需要具备高速的网络连接，以便于数据传输和通信。企业可以选择具有多个网络接口的服务器，以确保高网络带宽。

（二）存储设备

数据中心需要高效的存储设备来存储和管理数据。以下是企业在选择存储设备时需要考虑的几个因素：存储类型：企业可以根据自身需求选择不同类型的存储设备，如硬盘、固态硬盘（SSD）或光盘等。硬盘具有较高的容量和较低的价格，适用于长期存储大量数据；SSD具有快速的数据读写速度，适用于需要频繁读取的数据；光盘则适合长期备份和存档数据。存储容量：企业需要考虑存储设备的容量是否满足自身需求。随着数据量的增长，企业可能需要不断增加存储容量来确保足够的存储空间。存储可靠性：企业需要选择具有高可靠性的存储设备，以确保数据的稳定性和安全性。例如，可以选择具有数据备份和恢复功能的存储设备。

（三）网络设备

数据中心的网络设备包括路由器、交换机和防火墙等。以下是企业在选择网络设备时需要考虑的几个因素：1、带宽：企业需要考虑网络设备的带宽是否满足自身需求。高带宽可以提高数据传输速度，减少网络延迟。2、扩展性：企业需要选择具有扩展能力的网络设备，以便在未来能够满足更多的网络需求。例如，可以选择具有多个端口或支持多种网络协议的设备。3、安全性：企业需要选择具有安全功能的网络设备，以确保数据传输和访问的安全性。例如，可以选择支持加密和身份验证功能的设备。

结束语

综上所述，数据中心硬件配置是确保其高效、稳定运行的关键因素。在选择服务器、存储设备和网络设备时，企业需要考虑自身的业务需求和预算，并选择具有高性能、高可靠性和高扩展性的产品。企业还需要根据实际情况进行合理规划，以确保数据中心的持续发展和优化。

参考文献

[1]俞中华.数据中心供配电系统的设计[J].广播电视网络,2023,30(11):94-97.

[2]杨子涵.大型数据中心供配电系统设计及能效管理研究[D].天津理工大学,2022.

[3]陈水顺.智能变配电系统在新一代大型数据中心的应用[J].建筑电气,2021,40(05):93-98.