摘要：本文以UPS配电系统为例，通过以数据中心为主要研究对象，采用文献研究法、实践调查法等研究方法，简要分析了数据中心IDC配电系统的优化设计。从选择高效节能设备和优化机房布局的角度，提出了一些有效的措施，供参考如何实施数据中心IDC机房的能源管理。

关键字：数据中心；IDC配电系统；优化设计；能源管理

1 IDC配电系统优化设计数据中心

1.1UPS设备的设计优化

1.1.1提高UPS负荷率

当数据中心选择使用UPS配电系统并对其进行优化设计时，首先需要相应优化UPS设备的设计选择。根据工作人员收集的相关数据，从目前某数据中心安装的数百台UPS设备的运行情况可以看出，60%以上的UPS设备运行负荷率为20%至30%，近30%的UPS设备负荷率不到20%。结合其他相关研究数据，一些学者指出，目前我国大多数数据中心使用的UPS系统至少有40%的负荷率没有得到有效利用。

1.1.2 PF值的合理设置

UPS设备在数据中心的功耗相对较大，其输入功率因数直接影响整个数据中心IDC配电系统的电能质量。交流电路中一般存在的相移功率因数，即PF，是指电压与电流之间的相位差余弦值，其计算公式如下：

这个公式中，cosφTHD代表总谐波电流畸变率，代表功率因数符号。例如，在UPS设备中，某个数据中心的实际负载率为6%，当UPS负载率不高时，通过测试可以知道它的实际值是cos。φ此时对应的总谐波电流畸变率约为0.98的30%。由于UPS设备的负载率不高，此时负载基本相当于高频非线性负载，基波电流I值相对较小。在客观谐波的影响下，UPS设备的THDi值很容易增加，从而导致设备功率因数PF减少。但是，根据检测结果，当UPS负载率处于正常状态时，其cosφ值与PF值基本为1，对应的总谐波电流畸变率*大值为10%。因此，如果选择UPS系统作为数据中心的IDC配电系统，可以严格按照国家相关标准的要求优化电容补偿装置。如果可以根据变压器容量的30%进行电容补偿，可以选择输入功率因数至少为0.95的UPS设备，既能有效落实减配，又能达到节约投资的效果。 

1.1.3调整输出功率因数

目前，随着服务器电源功率因数的逐步提高，UPS设备提高了输出性能，可以有效地满足服务器电源容性负载输入特性。据相关研究资料显示，目前的服务器功率因数基本上是容性-超前0.9～根据国家有关标准要求，可采用实际UPS设备机架负荷值和0.77（kW/kVA）对UPS设备的总容量进行比较，要求UPS设备的额定容量为0.7（kW/kVA）UPS设备的输出功率不得超过乘积[1]。但本文在了解目前市场上常见的集中UPS设备的输出功率因数时，发现其输出功率因数可达0.9，部分UPS设备的输出功率因数可达1。事实上，如果UPS的输出功率因数超过0.9，设备仍然可以正常使用，而不会降低容量。举例来说，一个400kVA的UPS设备制造商可以直接带载360kW的服务器设备。综合考虑，在优化UPS设备时，可规定其输出功率不得低于设备额定容量和0.9。（kW/kVA）的乘积。而且在设置UPS系统时，直接按90%设定*高带载率，此时UPS容量计算公式为：UPS总容量=机架负载。（kW）/0.9(kW/kVA)/0.9(负荷)

1.2优化UPS系统模式

考虑到大多数数据中心选择使用的UPS系统是2N双总线系统，在使用UPS系统作为数据中心IDC配电系统并对其进行优化设计的过程中，负责向各种重要的IT设备提供双路连续交流电源，以确保其长期稳定运行。而且这个系统属于冗余系统，系统构成至少两个UPS系统，系统的基本容量就是任何一个UPS系统中N个UPS设备的总容量。在UPS设备的作用下，系统交流输入到两条完全独立的供电线路，直到双电源输入负载。当数据中心配电系统正常运行时，任何UPS系统只负责总负荷的一小部分负荷。利用这种多电源系统冗余的形式供电，可以有效改善传统单电源系统中容易出现单点故障的问题。若数据中心规模较大，但单电源设备相对较少，则可根据实际情况规范安装小型STS设备，使电源设备能获得稳定、持久的安全供电。

当系统正常运行时，系统中的两个UPS系统将同步运行，每个系统将承受50%的总负荷。从每个低压母线段引入的两个UPS系统的交流输入，可以大大提高整个双总线供电系统的安全性和可靠性。即使某个UPS系统在系统中无法正常运行，或者出现输出中断等异常情况，也不会对双电源负载供电产生实质性影响。此时，只有与UPS组单电源负载相连的供电独立被切断。优化后的数据中心配电系统中心配电错误

2数据中心IDC机房能源管理措施分析

2.1积极优化机房布置

在数据中心IDC机房能源管理过程中，工作人员需要根据机房的实际情况，科学优化机房布局，以有效提高其节能效果。一方面，根据前进后出、水平通风的原则，选择与进排风结构完全一致的机柜作为数据中心IDC机房的机柜；另一方面，为了防止设备在运行过程中产生大量热空气，与空调产生的冷送风相互混合，数据中心容易出现许多局部热点，影响空调原有的制冷效率，大大增加了空调的能耗。工作人员可以选择将其安装在机架内没有设备的设备的进气温度。

2.2使用高效节能设备

通过充分发挥UPS设备的高效性，在数据中心IDC机房中选择优化的UPS系统也能达到良好的节能效果。例如，在2015-2018年间，一个数据中心分别建造了15台、20台和25台经过上述优化处理的400kVAUPS设备，每台UPS设备的负载电流值为200A。与同期相比，该数据中心在2015年至2018年使用高效UPS系统后，节能量分别达到68万度、91万度和137万度[2]。在空调系统中，可选择的冷却系统。

3能源消耗统计分析(能源管理)解决方案

建立高效的能源消耗监测管理系统，实时测量建筑各种能源消耗设备的能源消耗数据，统计分析采集数据。能够合理确定各地区建筑能源消耗经济指标和绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费，提高人们积极节能意识。

①　搭建数据中心智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个功能区能耗对比，实现能耗排名，增强工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

4能源管理系统

5结束语

总而言之，工作人员在对数据中心IDC配电系统进行优化设计的过程中，需要充分结合数据中心配电系统实际情况及运行要求，并严格按照国家相关规程规定，合理选用高效的UPS设备并注重增加备用设备与线路，以此有效提高配电系统的运行稳定性。在开展能源管理工作中，工作人员同样需要主动运用高效、节能的设备，在对机房进行优化布置并积极运用各种先进信息技术下，使得IDC机房可以获得更高的节能管理成效。

【参考文献】 

【1】张 翔.IDC业务预测与基地工程建设方案研究[D].长安大学，2017.

【2】滕信根．数据中心IDC 配电系统优化与能源管理［J］．电力讯息，2019（05）：02-03.

【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版