“能耗大戶”的命脈：數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)

文｜西門子（中國）有限公司

近幾年，隨著人們對數(shù)據(jù)中心所起到的重要作用的認(rèn)識不斷加深，數(shù)據(jù)中心無論在建設(shè)規(guī)模還是發(fā)展速度上都得到了迅速的提高，但 “能耗大戶”的稱謂也使數(shù)據(jù)中心處在了一個尷尬的境地。如今能源問題已經(jīng)上升到世界層面，節(jié)能降耗已經(jīng)成為衡量一個數(shù)據(jù)中心成功與否、先進與否的重要指標(biāo)，而掌控“能耗大戶”命脈的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)就猶如人體的心臟一樣，受到人們的關(guān)注。

由于對數(shù)據(jù)中心建設(shè)的整體理念缺乏認(rèn)知，有些企業(yè)只對供配電系統(tǒng)的單一指標(biāo)過份關(guān)注而不注重整體可靠性及安全性指標(biāo)的平衡，從而引發(fā)了一系列的如能源浪費、諧波污染等諸多數(shù)據(jù)中心的隱患問題。因此，如何更安全、更適用、更綠色地配置數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)，使之如心臟般跳動有力，使其為數(shù)據(jù)中心輸送更為純凈的、源源不斷的“新鮮血液”，并發(fā)揮出其最大效能就成為新時期人們不得不考慮的問題。

“由于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性和供電電源選擇、供配電系統(tǒng)布置、供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及形式有著密不可分的關(guān)系，因此從設(shè)計之初，就需要充分了解數(shù)據(jù)中心整體應(yīng)用和運營情況，提出有針對性的供配電解決方案，只有這樣才能實現(xiàn)提高數(shù)據(jù)中心效率，降低電力損耗的目標(biāo)。”西門子IT解決方案和服務(wù)集團數(shù)據(jù)中心解決方案部經(jīng)理程應(yīng)軍先生在談到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設(shè)方案時說，“首先從供電電源選擇的角度來看，以UPS設(shè)備為例，這些年來各主要品牌的UPS在可靠性、整機效率、一鍵開關(guān)的操控性以及遠程報警和網(wǎng)上監(jiān)控等方面的功能上，均得到了很大的提高，同時在輸出電流諧波失真的重要指標(biāo)上均達到了小于3%，可以說在目前的技術(shù)水平上都已經(jīng)達到了極致，甚至是標(biāo)準(zhǔn)化。因此從總體上來說供電電源設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)致供配電系統(tǒng)的布置和供配電系統(tǒng)架構(gòu)將對數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案的可靠性和安全性起到至關(guān)重要的作用?！钡墙陙沓霈F(xiàn)的一個較大問題就是，大多數(shù)的用戶認(rèn)為購買好的設(shè)備就能得到高可靠性，而忽略了數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)可靠性的“木桶效應(yīng)”。正如中國電源學(xué)會交流穩(wěn)定委員會委員、中國人民銀行清算總中心高級工程師王力堅先生所談到的，在一些數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的設(shè)計中，UPS 采用了雙供電，而空調(diào)卻是單路供電。如果說斷電后UPS 仍在供電，而空調(diào)卻停止工作，那么整個數(shù)據(jù)中心的正常運作所能維持的時間將大大減少。諸多類似問題表明，目前一些數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)由于在建設(shè)之初缺乏整體設(shè)計理念，因此在實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)“木桶效應(yīng)”中的“短板”狀態(tài)，也就是說，空調(diào)制冷的可靠性不高，即使UPS供電系統(tǒng)保持了高可靠性，也同樣會造成數(shù)據(jù)中心整體效率的降低。

對于數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)所存在的“短板”，程應(yīng)軍先生也有著自己的理解與看法，他談到：在外電滿足的情況下，數(shù)據(jù)中心的設(shè)計要在預(yù)定的生命周期內(nèi)滿足數(shù)據(jù)中心各種實際需求，并可以做到隨用戶需求隨時改變。一套可持續(xù)發(fā)展、良好的數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是保證數(shù)據(jù)中心所有設(shè)備安全運行的重要條件。為保證計算和存儲設(shè)備的供電順暢，就需要有獨立的配電系統(tǒng)、雙源互投系統(tǒng)和UPS組成統(tǒng)一供電系統(tǒng)。對于用戶所需大型服務(wù)器等設(shè)備還需做到可靠接地以符合標(biāo)準(zhǔn)。通過對電池與供電線路的合理配置，最終達到提高數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的高穩(wěn)定、高可靠、高安全性。

因此按照安全、適用和綠色的原則進行對數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設(shè)計，首先要考慮安全。以西門子北京數(shù)據(jù)中心為例，它作為西門子在亞洲最大的數(shù)據(jù)中心，一期占地面積超過490m2，擁有著100個機柜和630臺服務(wù)器，可為中國乃至整個亞洲的客戶提供服務(wù)，是一個融合數(shù)據(jù)中心、通信中心和供電中心同在一個屋檐下的新型數(shù)據(jù)中心，并成為西門子地區(qū)性戰(zhàn)略IT樞紐。西門子數(shù)據(jù)中心機柜配電模式采用了母線到機柜的形式。其中母線槽為密集型系統(tǒng)，是一種內(nèi)部采用典型的三明治結(jié)構(gòu)，是一種靈活可靠的配電系統(tǒng)，母線槽為密集型系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、配電效能高、散熱好、電壓降低、耐機械沖擊和安裝簡便的特點，此種形式的配電模式不僅大大提高了機柜配電分配的靈活性、擴展性，同時也大大增強了整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時，西門子北京數(shù)據(jù)中心配電斷路器具備監(jiān)控功能，該功能不但可實現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)的集中監(jiān)控，便于維護管理人員準(zhǔn)確快速的發(fā)現(xiàn)問題。而且可以對數(shù)據(jù)中心的核心指標(biāo)PUE值（數(shù)據(jù)中心能源利用效率指標(biāo)）進行實時測量，不斷進行優(yōu)化配置，達成能源利用的最大化，因此西門子北京數(shù)據(jù)中心的高能源利用率（PUE=1.7）和其本身的“最佳實踐”為廣大用戶提供了“最佳參考”。

在考慮數(shù)據(jù)中心安全的同時，適用性和綠色節(jié)能也同樣重要，并非可靠性越高，安全性就越高。同樣以供電設(shè)備UPS為例，在絕大多數(shù)的情況下，兩臺UPS 采用單機雙母線比其并機單母線的輸出更可靠，但在特定情況下會出現(xiàn)相反的結(jié)果，所以一定要根據(jù)數(shù)據(jù)中心實際的供電現(xiàn)狀和具體的業(yè)務(wù)需求進行設(shè)計，符合適用性和可用性的原則。事實上，如果過度考慮可靠性和安全性，忽略適用性，如8 臺UPS 做成一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)去帶一臺用電設(shè)備，首先這種系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度就會達到一個安全極限，如果再增加其復(fù)雜程度，只會增加故障的概率和隱患，反而不會增加其可靠性。其次，系統(tǒng)超出適用范圍就會帶來較大的浪費。因此在談到數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計的原則時，程應(yīng)軍還談到了“可用性和遵循分區(qū)、分級的原則”即在整個數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設(shè)計之初，要將故障容錯、可維護性、可增容性、防止故障擴散和可管理性考慮在內(nèi)?！拔鏖T子北京數(shù)據(jù)中心的布局采用了分艙設(shè)計，該設(shè)計與船舶的船艙分艙技術(shù)的概念類似，提高整體系統(tǒng)的安全性、可靠性；無論在任何一個區(qū)域出現(xiàn)任何火災(zāi)等異常情況，不會殃及其他區(qū)域，從而最大程度的降低局部風(fēng)險對整個系統(tǒng)的危害。再次可以對不同區(qū)域的功能和設(shè)備的特點，進行分區(qū)溫度控制，根據(jù)配電室、電池室、裝配間、數(shù)據(jù)磁帶備份室及IT主機房的不同要求控制不同的溫、濕度，從而達到最佳的節(jié)能效果。”

最終，供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心不可或缺的“心臟和血液系統(tǒng)”，任何細微的故障都會對整個數(shù)據(jù)中心的運營產(chǎn)生極大的影響，因此如何保障其連續(xù)、穩(wěn)定、平衡和分類是在設(shè)計數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)解決方案的重要出發(fā)點之一，正如程應(yīng)軍談到的，“數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)是一個從整體出發(fā)的，并不是一套原則就能夠應(yīng)用到所有的數(shù)據(jù)中心中去，如何真正做到使其節(jié)能降耗的方針還是取決于實際的應(yīng)用情況，我們在做好供配電系統(tǒng)持續(xù)運行的基礎(chǔ)上，通過持續(xù)對數(shù)據(jù)中心設(shè)備的可靠性、合理的規(guī)劃和良好的組織管理的提升來改善數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的可用性，使數(shù)據(jù)中心變得更加綠色，擁有更高的IT投資回報，為更多用戶提供更廣泛的細致服務(wù)，體現(xiàn)更多IT價值”。