一、數(shù)據(jù)中心的負(fù)載及其特點(diǎn)
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，社會(huì)各界對(duì)信息系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)中心作為極其重要的數(shù)據(jù)運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施，IT設(shè)備的運(yùn)行場(chǎng)所，耗電巨大，并具有其自身特點(diǎn)。
1、負(fù)荷等級(jí)高
(1)GB50174《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》中將數(shù)據(jù)中心分為A、B、C三級(jí)。
(2)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備以及支持IT運(yùn)行的空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心核心負(fù)荷，為一級(jí)負(fù)荷(或特別重要一級(jí)負(fù)荷)，其余負(fù)荷主要為二、三級(jí)負(fù)荷。數(shù)據(jù)中心核心負(fù)荷占全部負(fù)荷的80%以上。因此整體負(fù)荷等級(jí)非常高。
(3)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)連續(xù)性要求非常高，中斷供電造成的損失非常大，核心負(fù)荷供電配置實(shí)際上與GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷一致，采用雙重電源供電的同時(shí)，采用柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。為實(shí)現(xiàn)供電的不間斷，IT設(shè)備供電還配置容錯(cuò)級(jí)的UPS，以保證在雙電源中切換。從供電配置的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)中心的核心用電設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)幾乎是最高的。
2、核心負(fù)荷占比大
(1)在一般民用建筑中單位面積的設(shè)備安裝功率在50～150W/m2，達(dá)到200 W/m2的極少。數(shù)據(jù)中心的IT機(jī)房區(qū)設(shè)備安裝功率密度則是以kW/m2為單位，幾乎差了一個(gè)數(shù)量級(jí)，IT機(jī)房區(qū)以外的輔助功能區(qū)的功率密度與一般民用建筑基本相當(dāng)。IT機(jī)房區(qū)如此高的功率密度，以及由此導(dǎo)致的空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)的高負(fù)荷大增，進(jìn)而導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備用電負(fù)荷容量的大增，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心核心負(fù)荷(也就是IT設(shè)備和支持IT設(shè)備運(yùn)行的空調(diào)動(dòng)力設(shè)備)的用電容量占全部負(fù)荷的80%以上。
(2)核心負(fù)荷以外的負(fù)荷主要有照明設(shè)備、消防設(shè)備、電梯、辦公、園區(qū)設(shè)施等，其中消防設(shè)備大部分平時(shí)并不開(kāi)啟，照明功率密度根據(jù)GB50034《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》總體不超過(guò)15W/m2，辦公(含配套空調(diào))功率密度不超過(guò)90 W/m2，其容量占全部負(fù)荷的20%以下。對(duì)于單體建筑類(lèi)型的數(shù)據(jù)中心，由于缺少了園區(qū)設(shè)施這項(xiàng)用電負(fù)荷，非核心負(fù)荷的占比甚至要低于10%～15%。隨著數(shù)據(jù)中心IT區(qū)功率密度的提高，未來(lái)這一比例會(huì)進(jìn)一步降低。
3、功率密度高
(1)IT機(jī)房區(qū)設(shè)備供電功率密度以kW/m2為單位。IT設(shè)備功能越來(lái)越強(qiáng)，功率密度越來(lái)越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)柜用電負(fù)荷由以前的2kW/臺(tái)，提高到3kW/臺(tái)、4kW/臺(tái)，甚至更高。機(jī)房單位面積的平均用電負(fù)荷也由1kW/m2，提高到1.5kW/m2、2kW/m2，甚至更高。以現(xiàn)在刀片服務(wù)器機(jī)柜滿(mǎn)配時(shí)，用電量可高達(dá)15kW，相當(dāng)5kW/m2以上。
(2)數(shù)據(jù)中心的極高的功率密度是其區(qū)別于一般工業(yè)和民用建筑的一個(gè)顯著特點(diǎn)，也是衡量一個(gè)數(shù)據(jù)中心性能的重要指標(biāo)，因此，在論及數(shù)據(jù)中心的規(guī)模時(shí)，面積已不再是主要的指標(biāo)，單位面積的供電和制冷能力成為一個(gè)標(biāo)尺。運(yùn)行面積×功率密度，也就是供電和制冷總量，才是未來(lái)衡量數(shù)據(jù)中心規(guī)模的指標(biāo)。
4、諧波
(1)諧波有多種危害：影響電動(dòng)機(jī)效率和正常運(yùn)行;使變壓器產(chǎn)生附加損耗，從而引起過(guò)熱，使絕緣介質(zhì)老化加速，導(dǎo)致絕緣損壞;使電容器過(guò)載發(fā)熱，加速電容器老化甚至擊穿;使電力系統(tǒng)各種測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生誤差;造成電網(wǎng)諧振;使保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，導(dǎo)致區(qū)域性停電事故;對(duì)通訊、電子類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生干擾;引起控制系統(tǒng)故障或失靈;零序諧波電流導(dǎo)致中性線(xiàn)電流過(guò)大，造成中性線(xiàn)發(fā)熱甚至火災(zāi)。
(2)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的最大諧波源是換流設(shè)備(整流器、逆變器、變頻裝置)?，F(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心供電的UPS主要采用12脈沖整流，最主要的特征諧波為11次諧波和13次諧波，含量很低又采取了濾波裝置，對(duì)供電系統(tǒng)影響很小。數(shù)據(jù)中心供電的UPS如果采用高頻機(jī)諧波含量更低，基本可以忽略。用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速的單臺(tái)變頻裝置，一般是6脈沖整流裝置，其最主要的特征諧波為5次和7次諧波，諧波電流含量較高，危害較大，而空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)各類(lèi)水泵普遍采用變頻調(diào)速以提高電機(jī)效率。因此對(duì)于數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中的電機(jī)調(diào)速變頻器產(chǎn)生的5次和7次諧波需要高度重視，并采取有效的抑制措施，以免影響電能質(zhì)量和品質(zhì)，或者直接對(duì)IT設(shè)備產(chǎn)生干擾。
(3)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的5、7次諧波應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，估算出對(duì)電網(wǎng)或供電系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的影響，采取有效措施，使諧波畸變不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》之規(guī)定。
(4)諧波治理采取“就地產(chǎn)生，就地處理”的原則，如果有必要，盡量在諧波源設(shè)備附近設(shè)置諧波抑制裝置，減少線(xiàn)路中的諧波電流，降低線(xiàn)路損耗。
(5)“就地處理”有困難時(shí)還可在低壓側(cè)電容補(bǔ)償回路串聯(lián)電抗器來(lái)抑制諧波，但應(yīng)計(jì)算諧振頻率，采取措施避免發(fā)生諧振。
(6)盡量采用無(wú)源濾波裝置才抑制諧波，有源濾波裝置雖然濾波能力強(qiáng)，但是要消耗電能，成本高。
二、數(shù)據(jù)中心備用電源需求特點(diǎn)
數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機(jī)組是關(guān)鍵項(xiàng)目之關(guān)鍵負(fù)載的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)備，談到數(shù)據(jù)中心備用電源的需求特點(diǎn)，需要從數(shù)據(jù)中心的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)談起，在中國(guó)建設(shè)各種形式的數(shù)據(jù)中心都需要遵守相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)執(zhí)行的主要法規(guī)和所采用的主要標(biāo)準(zhǔn)：
《高層建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045
《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052
《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50053
《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054
《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057
《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50067
《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343
《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16
數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)主要參考：
《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174
《Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers》ANSI/TIA-942
各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)都做了明確的說(shuō)明、要求，但通過(guò)研讀各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)我們發(fā)現(xiàn)，文件中對(duì)發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)要求沒(méi)有變化，只是對(duì)系統(tǒng)的組成、形式、供電范圍等有一定的區(qū)別，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)中心中對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的需求特點(diǎn)基本是一致的。
在一致需求特點(diǎn)下對(duì)發(fā)電機(jī)的可靠性、安全性、系統(tǒng)組成完整性等有明確的要求。
數(shù)據(jù)中心備用發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)，在一個(gè)供電正常的數(shù)據(jù)中心中，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一年的啟動(dòng)工作時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)80～100小時(shí)(包括正常測(cè)試和帶載測(cè)試)，早期的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有由于產(chǎn)品本身限制或系統(tǒng)可靠性限制不太做帶載測(cè)試，主要采用空載啟動(dòng)測(cè)試或空載啟動(dòng)并機(jī)測(cè)試(取決于系統(tǒng)的組成方式)，但此種測(cè)試方式不利于發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)壽命使用?，F(xiàn)階段產(chǎn)品本身的發(fā)展及系統(tǒng)可靠性的提高，更多的數(shù)據(jù)中心采用測(cè)試用假負(fù)載(10KV機(jī)組)進(jìn)行單機(jī)帶載測(cè)試，或通過(guò)發(fā)電機(jī)的實(shí)際負(fù)載進(jìn)行帶載測(cè)試。
備用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是以相對(duì)負(fù)載的系統(tǒng)，如采用10KV發(fā)電機(jī)對(duì)10KV母線(xiàn)段的切換具有一定的要求和難度，并且各地的供電單位對(duì)10KV段的使用是有著不同的規(guī)定的，所以發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并機(jī)、母線(xiàn)輸出、母線(xiàn)段切換等過(guò)程非常復(fù)雜，需要具有完善的機(jī)制和可靠的產(chǎn)品來(lái)支持。如采用低壓機(jī)組，即使采用ATS切換機(jī)構(gòu)，那么ATS的系統(tǒng)容量也是非常大的，對(duì)日常的管理等都提出了更高的要求。
以上是數(shù)據(jù)中心在日常使用備用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，這些特點(diǎn)都和發(fā)電機(jī)的選型、系統(tǒng)組成、安裝、測(cè)試等有著不可分割的關(guān)系，需要從各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)把控發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量。
數(shù)據(jù)中心所追求的發(fā)電機(jī)第一特性為啟動(dòng)成功率，從以上的數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)日常使用中可以看出，在以年為統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間間隔內(nèi)，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的次數(shù)不會(huì)太多，一般情況下超不過(guò)30-50次，故每次啟動(dòng)的成功率就變得非常重要，因?yàn)槊媾R的一個(gè)非常問(wèn)題是，不知道哪次啟動(dòng)是真的停電了的啟動(dòng)，運(yùn)維人員對(duì)發(fā)電機(jī)每一次成功的啟動(dòng)都如釋重負(fù)，并希望下次啟動(dòng)成功依舊。
啟動(dòng)成功率是由很多方面組成的，從備用發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型、產(chǎn)品選擇、供應(yīng)商選擇、深化設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、測(cè)試、正常運(yùn)維等各個(gè)方面都息息相關(guān)，可以一一展開(kāi)說(shuō)明：
1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)：備用發(fā)電系統(tǒng)是由綜合電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、建筑系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)組成的一個(gè)綜合項(xiàng)目，如發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)部分、輔助供電部分等屬于電氣系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和水箱風(fēng)扇等屬于機(jī)械系統(tǒng)、油箱及相關(guān)管路屬于動(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)的信號(hào)、監(jiān)控等屬于弱電系統(tǒng)，而發(fā)電機(jī)所處的建筑物又包含了建筑和消防系統(tǒng)等。這么多系統(tǒng)的組合就要求需要一家具有實(shí)力的設(shè)計(jì)院對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面而完善的設(shè)計(jì)。
2、產(chǎn)品選型和選擇：數(shù)據(jù)中心到底如何選擇發(fā)電機(jī)組，選擇何種功率標(biāo)定的機(jī)組，選擇10KV機(jī)組還是低壓機(jī)組，選擇何種冷卻方式機(jī)組等等，數(shù)據(jù)中心面臨著眾多的選擇，但不管這些選擇最后將如何決定購(gòu)買(mǎi)何種形式的機(jī)組，首先需要的是選擇市場(chǎng)主流品牌的成熟產(chǎn)品，退出市場(chǎng)具有一定的年限，有一定的保有量的產(chǎn)品。
3、供應(yīng)商選擇：供應(yīng)商選擇是個(gè)非常困難的事情，報(bào)價(jià)、成本、價(jià)格等因素經(jīng)常成為選擇一個(gè)供應(yīng)商的重要原因，但還是要以技術(shù)為先導(dǎo)，并對(duì)供應(yīng)商有一個(gè)比較好的前期考察，綜合考慮供應(yīng)商的實(shí)力，因?yàn)檫@些都與發(fā)電機(jī)的整體生命周期有著非常關(guān)鍵的聯(lián)系。
4、深化設(shè)計(jì)：備用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是需要有一個(gè)深化設(shè)計(jì)的過(guò)程的，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇的發(fā)電機(jī)品牌，發(fā)電機(jī)配套電氣設(shè)備的型號(hào)，進(jìn)排風(fēng)裝置的設(shè)置，供油管路及設(shè)備的情況等，需要對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，以使系統(tǒng)更加合理、可靠。深化設(shè)計(jì)往往由供應(yīng)商協(xié)助業(yè)主及設(shè)計(jì)院完成，所以上述的供應(yīng)商選擇就顯得更加的重要。
5、安裝、調(diào)試、測(cè)試：這是檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)性能的非常重要的環(huán)節(jié)和工作，如何安裝好一個(gè)發(fā)電機(jī)是有很多需要關(guān)注的點(diǎn)的，這些將在其它章節(jié)闡述。調(diào)試也是非常重要的，空載調(diào)試、帶載調(diào)試的結(jié)果是不一樣的，2～3臺(tái)并機(jī)和3臺(tái)以上并機(jī)也是不一樣的，當(dāng)然最理想的狀態(tài)是多臺(tái)并機(jī)并帶載測(cè)試，但現(xiàn)實(shí)中假負(fù)載比較困難，數(shù)據(jù)中心業(yè)主應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)的調(diào)試保持一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，這是一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過(guò)程。
數(shù)據(jù)中心所追求的發(fā)電機(jī)第二特性為安全性，包括了建筑物、消防、進(jìn)排風(fēng)、排煙等等的安全。首先建筑物應(yīng)當(dāng)安全，具有足夠的抗震等級(jí)，并具有相配套的其它設(shè)施。消防系統(tǒng)也要有相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)排風(fēng)也是很重要，如果進(jìn)排風(fēng)做不好導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)過(guò)熱是會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的。
數(shù)據(jù)中心備用發(fā)電機(jī)組的投入時(shí)間也是非常重要的特點(diǎn)，10KV發(fā)電機(jī)的投入過(guò)程比較復(fù)雜，包括多臺(tái)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、并機(jī)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的輸出10KV開(kāi)關(guān)應(yīng)自動(dòng)閉合，母線(xiàn)段的輸出開(kāi)關(guān)根據(jù)策略不同可能是先閉合，也可能后閉合，閉合后向市電進(jìn)線(xiàn)母線(xiàn)段供電，市電母線(xiàn)段通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)分合閘操作將發(fā)電機(jī)的供電送入末端設(shè)備。低壓機(jī)組可能就相對(duì)簡(jiǎn)單，或者直接ATS完成市電和發(fā)電機(jī)供電的切換，也可能是開(kāi)關(guān)完成切換，但都會(huì)比10KV相對(duì)簡(jiǎn)單一些。
（轉(zhuǎn)載）
