数据中心电源系统节能方案设计分析

王晓雷

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司 河南 郑州 450052

互联数据中心也叫做Internet Data Center，简称为IDC，IDC是利用通信网络机房、网络共享资源等为基础服务平台来对服务商等对象提供相对高速与稳定的互联网接入服务，同时还具备非常丰富的网络资源，可以把数据的利用发挥到最大化，并且开展全面的网络管理服务。截止到目前，政府、金融机构、大型IT企业等都开展了大规模的数据中心建设。数据中心建设需要耗费大量的电源，由于非常集中和大功率大密度的特点，电源能耗在一定程度上引起了相关人士的重视。几乎每一年都需要耗费大量的电，因此在建设数据中心的同时如何只能节能减排降低能耗是数据中心电源系统设计需要解决的一个重要的方向。

1. 关于数据中心

数据中心在最近两年成为全球经济发展与互联网技术发展的一种集中显示的技术，是信息的重要载体。随着全球经济的发展进步，数据中心的规模不断增加，平均耗电量也不断增加，就我国目前的数据中心来说已经超过40万，预测在未来的发展中国内的数据中心还将不断扩大。数据中心除了IT设备之外还有供电系统与空调系统，是数据中心的基础设施之一，IT设备是数据中心的核心，供电系统与空调系统作为其支撑，三者紧密结合才能正常工作。在数据中心工作期间不断电、不停电，核心设备的功率密度是普通公共建筑设备的十倍以上。一台服务器本身就具备非常高的功耗，再加上机架的高功率服务器全年不间断运行导致国内的用电量不断攀升。据不完全统计，2015年国内数据中心全年总能耗相当于三峡电站一年的发电量。但是从总体上来说国内的数据中心能源利用效率不高，与国外相比甚至是非常低[1]。

政府在关于数据中心能耗的问题上提出了节能要求，并且制定了相关的文件，如《“十二五”节能减排综合性工作方案》中针对数据中心的能耗做出了详细的规定，从数据中心改造和降低数据中心能耗的方向出发。其中关于数据中心节能还明确理论量化节能目标，在一定程度上说明了政府对节能减排的重视。

2. 数据中心电源节能的研究

国内关于数据中心电源节能的研究集中在硬件选型的革新上面，数据中心使用的供电是传统的UPS系统交流供电，数据中心的能耗随着科技发展与数据的增加不断增高，这种传统的供电模式效率低下，不符合数据中心的发展，也难以满足能耗需要。最近两年以来国内开始大规模使用高压直流供电方式，这种方式与传统的UPS系统供电模式比较，高压直流电供电模式效率更高，使用高压直流电之后系统损耗明显降低。根据系统显示高压直流模块的效率即使在负载率达到40%，高压直流系统的效率仍旧可以达到92%，所以高压直流电源具备更高的稳定性，能耗也明显降低。其次是供电架构的优化和智能控制的运用。由于数据中心是一个系统工程，因此要从整体上设计与考虑，综合性选择设计方案和节能解决方案，完成节能减排的目标[2]。

3.数据中心电源系统节能方案设计分析

3.1 UPS电源系统的改造

UPS系统也叫交流不断电源，是一种当供电中断或者供电异常的时候可以利用储能元件作为后备电源系统提供不断电服务的一种设备。计算机运行需要电力供应，电压输入过高会烧坏电源 ，电压过低会导致系统内存储的内容消失，根本来不及保存，从而出现计算机卡顿和大量破碎数据占据硬盘空间让系统运行速度变慢。尤其是数据中心这种大型的服务设备，更需要稳定持续的供电作为基础。所以UPS 出现并且造就了一个崭新的行业，为互联网的发展做出了非常突出的贡献。UPS的发展也经历了非常漫长的时间，从上个世纪到近现代，它的基本组成是整流器、蓄电池组、逆变器、输出转换开关、锁相环。目前的市场上的UPS主要有三种，分别是工频UPS、高频UPS和模块化UPS，这三种在运用上并非是完美的，都有各自的优缺点。

3.2 数据中心高压直流电源系统

UPS系统在出现之后在数据中心电源系统中得到非常广泛的运用，总体上来说有发展使用的优势，但是也存在一些较为突出的问题，如可靠性不高而建设成本非常高、运行能效低，可靠性差，所以UPS系统是没有办法兼顾供电的可靠性和经济的节能性，由此高压直流电成为了数据中心电源发展的另一个方向。

高压直流电源系统的组成包含一个机架或者是多个机架中的交流配电屏、高频开关整流模块，还包含直流配电屏、蓄电池组与监控单元、绝缘监察、接地部分。高压支流供电具备以下优点：系统供电可靠性高、电源损耗低、节省大量建设成本、节省运行维护成本，这个方式在推出之后得到了运营商和互联网企业的高度关注，并且迅速投入使用，得到了非常好的反馈。但是就目前的发展情况来看，虽然高压直流电系统供电情况良好，但是在数据中心发展的情况下大规模商用代替原本的UPS，还需要IT设备兼容才可以比较实际[3]。

3.3 高压直流系统供电方案

高压直流系统供电主要有两种方式，单电源双路供电方式和双电源双路供电方案，两种方案在使用上都具备理论上的可靠性与节能型，从使用角度上可以直接看出高压直流电源系统供电的可靠性与稳定性比UPS系统更高，而且损耗非常低。所以在数据中心电源节能的发展上高压直流系统供电具有非常良好的发展意义。根据相关的测试之后，在型号选择与应用上笔者本人更倾向于优先选择高压直流电设备作为机房不间断电源使用，并且在使用的过程中不断淘汰工频UPS，当系统处于空载的时候应该要及时关闭电源主机。

结语：优先使用高压直流设备作为机房不间断电源，并逐步淘汰工频UPS，在空载时候关闭电源主机等节能方案，已经在国内逐渐施行，并且取得了可观的成绩。