數據中心供配電系統深度融合

今，人類社會已經全面步入數字時代，數據產生的速度和規模都在飛速增長。根據IDC測算，截止2022年全球累計產生數據估計為97ZB，而到了2025年，全球將累計產生180ZB的數據——也就是說，未來三年產生的數據量將超過過去30年的總和。
　　
　　與過去不同，隨著人類對數據資產的重視，每年產生的數據中很大一部分將被存儲、處理，海量的數據處理需求推動承載數據與算力的基礎設施——數據中心向大型化、高密化發展。

新型數據中心的“四高”發展趨勢

???? 數據中心是算力的物理載體，數據的最終歸屬地，是數字經濟的基石。隨著數字產業的發展，各領域對數據中心的需求也水漲船高。
　　
　　2021年，工信部發布了《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》，提出足以支撐經濟社會數字化轉型的新型數據中心，將具備高技術、高算力、高能效、高安全等四個特征。
　　
　　與“四高”相對應的，則是數據中心單體規模的持續擴大和單機柜功率密度不斷增加。在過去一年新增的數據中心建設項目中，超過3000機柜的大型數據中心比比皆是，且單機柜功率多數已經從傳統的2.5KW-4KW，提升到8KW-16KW以上，部分采用液冷技術的數據中心單機柜則可以達到40KW甚至上百千瓦的超高標準。
　　
　　隨著單體數據中心規模的擴大，數據中心機柜算力密度的提升，大型數據中心對電力的需求也將隨之節節攀升。如何保障高算力時代數據中心可以獲取穩定、安全的電力供應，是作為數據中心供能“心臟”的供配電系統正在面臨的前所未有的挑戰。

亟需進化的“心臟”

????? 成本與效率，是數字時代的生命線，對于大型數據中心的建設來說也是如此。而傳統的數據中心供配電系統在全新的時代需求下，已經逐漸顯現出結構過于龐雜，安裝以及運維難度大，交付周期長，能源損耗占比高，占地空間大等系列瓶頸。
　　
　　電力從市電進入數據中心后，需要經過中壓變壓器、低壓配電柜、輸入輸出配電柜、UPS等，最后進入電子信息設備中轉化為算力。在傳統的供配電模式下，以上各個環節都由獨立的設備完成，相互之間缺乏足夠的契合，特別是當采用了不同品牌的產品時，設計選型和安裝難度會大幅提升，設備間轉換的損耗也難以控制。
　　
　　獨立設備還帶來了供配電整體占地空間的龐大，并且隨著單機柜用電密度的提升不斷增加。在單機柜功率在2.5KW-5KW的情況下，供配電系統占地面積一般為IT設備占地面積的1/4左右；而當單機柜功率提升到8KW左右時，供配電系統占地面積將達到IT設備占地面積的1/2左右；當單機柜密度提升到16KW，供配電系統占地面積將與IT設備占地面積一樣大。這對于可以用“寸土寸金”來形容的數據中心來說，顯然是極大的損失。
　　
　　簡化建設流程，提升得柜率，成為大規模數據中心供配電系統建設必須解決的問題，數據中心“心臟”的進化勢在必行。

超越極致，深度融合

????? 在不斷的創新嘗試中，供配電系統“深度融合”理念逐漸成型，并已成為當前數據中心供配電行業的共識。
　　
　　所謂深度融合，是通過一體化、模塊化的設計方式，將原本獨立的供配電設備整合成為一個整體。根據不同類型的方案，深度融合組件可以包含配電柜、UPS、饋線柜、監控設備等眾多設備。
　　
　　通過深度融合方案整合的供配電系統組件之間契合度高，電力轉化損耗小；用銅排替代線纜，減少連接點，提升能效的同時也提升了系統整體的可靠性；模塊化結構，大幅降低了運維難度；預制化的生產方式簡化現場裝配流程，提升交付速度。
　　
　　可以說，深度融合的供配電解決方案解決了目前數據中心供配電面臨的大部分問題。這其中，深度融合帶來最顯著的優勢就是體積上的大幅縮小，業內較為優秀的深度融合解決方案，占地面積較傳統分散式方案可以減少近半——這意味著機房得柜率的大幅提升，數據中心用地成本也將得到很大的優化。
　　
　　當然，要實現深度融合，并不是簡單的將供配電設備裝配在一起。這需要創新的設計，復雜的測試和精密的裝配，數據中心行業在供配電系統的深度融合上也進行了多方向的探索，目前較為主流的技術手段如下：
　　
　　提升UPS設備的功率密度，即高密UPS方案，也是目前被廣泛采用的方案。以模塊化UPS為例，在體積不變的情況下，3U高的單模塊功率，在近年來已經實現了數倍的增加，從10年前的25KW，上升到40KW、50KW、100KW，甚至有廠商宣傳做到了125kW功率密度。不過，當前功率密度的提升已經達到瓶頸，進一步提升非常困難。
　　
　　取消UPS輸入、輸出配電柜和開關，這是一種較為激進的方案。輸入、輸出柜的主要功能是對單臺UPS進行配電和維護，取消輸入、輸出配電柜和開關后，一旦需要維護就需要整列下電維護。因此完全取消UPS輸入、輸出配電柜的方案可以在市電十分穩定有保障的情況下，供配電設備可靠性極高，且采用2N架構的系統中嘗試。
　　
　　“隔離開關+熔斷器”替代框架斷路器（ACB）的方案。配電柜中最主要的部分就是部件眾多、結構復雜的ACB，通過對這一設備的功能拆解和架構融合創新，借鑒在工廠、數據中心電池配電間、光伏電站的成熟應用經驗，用“隔離開關+熔斷器”替代ACB功能。因為隔離開關與熔斷器結構簡單，體積可控，在成本與占地方面的優勢突出。并且在數據中心供電場景實際應用中，“隔離開關+熔斷器”這一替代方案在安全性、壽命、可維護性方面完全可以替代傳統的ACB。
　　
　　一體化集中監控替代傳統電力儀表方案，采用電子監控卡采集低壓柜的電壓、電流、溫度等信息，傳遞到集中控制器做統一監控，可以減少分散的傳統儀表占據低壓柜空間。
　　

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