数据中心供配电系统节能措施.docx

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1、数据中心供配电系统节能措施数据中心，作为新基建-数字经济的底座，是推进我国数字经济发 展的算力设施和重要保障，是推动我国经济转型的重要抓手，也是构 建智慧城市核心竞争力的重要载体。2021年，国内数据中心总耗电量 达到2166亿千瓦时，占社会用电量2.6% ,相当于同年1.3个上海市 的总社会用电量。随着国家各级政府出台政策对数据中心能源消费强 度和总量双控”的严格要求及国家碳达峰、碳中和战略的提出， 数据中心绿色化转型升级势在必行，高效低耗能成为数据中心行业高 质量发展的必然要求。数据中心能耗主要来源于IT设备、制冷系统、 供配电系统、其他辅助用电等。其中IT设备能耗比重最大，其次是制 冷系

2、统、供配电系统、其他辅助用电等。以某数据中心PUE1.25为例, 各系统能耗大致如下：数据中心节能降耗应从以下两个方面着手，第一是提高IT设备的 利用率，节省运行设备数量，降低其能耗和发热量；第二是提高制冷 和配电系统效率。数据中心制冷系统16%的能耗比重仅次于IT设备, 降低制冷系统能耗能很好的控制PUE ,因此制冷系统能耗备受关注。 数据中心供配电系统损耗所占能耗约3% ,如采用合理优化，也能达到 节能降耗的目的。本文对数据中心供配电系统的节能措施方案进行分 析探讨。01系统架构1、合理采用DR配电系统架构，提升系统效率，降低系统损耗GB50174-2017数据中心设计规范在附录“电气中规

3、定：A级数据中心应满足容错要求，除采用2N系统，也可采用其他避免单点故障的系统配置。依此标准，A级数据中心电气系统可分为2N、DR、RR架构，通常来讲,设备冗余越多，系统的可靠性越高，但效 率越低。2N、DR系统架构可用性基本相同，在设计规划中选用DR系 统架构较2N系统架构可以进一步提高变压器及UPS的负载率,进而 降低损耗，提升系统效率。以数据中心3个机房，单个机房IT负荷lOOOkW为例。变压器采 用2N架构，选用6台1250kVA变压器，每台变压器负载率约为 42.5%(不考虑UPS充电功率)，选用6套2x600kVAUPS ,每组UPS 负载率42.5% ,效率约为95%0变压器采用

4、DR架构，选用3台 1600kVA变压器，每台变压器负载率约66.2%(不考虑UPS充电功率), 选用3套3x5OOkVAUPS，每台UPS负载率为68% ,效率为96%。由此可见,选用DR配电架构较2N架构可以减少变压器数量需求, 提高UPS的负载率，进而提升UPS效率，降低损耗。采用DR系统架 构对电气系统供电负载因子能带来约1%的改善值。2、IT配电系统采用市电+UPS(HVD。的架构模式，利用市电直 供降低IT配电系统损耗(D市电+UPS ( HVDC)混合使用；(2)UPS ( HVDC)模块具备智能休眠功能；(3)采用市电+UPS ( HVDC)直供时，市电供电质量应满足IT设 备

5、正常运行要求；(4)采用HVDC时IT设备需采用定制的电源模块；(5 )为减少对柴油发电机组的影响，IT设备电源的功率因数需 0.95 ,谐波电流需45% ,避免容性负载冲击造成柴发机组带载困难。IT配电采用1路市电+1路UPS(HVDC)供电系统的效率与传统双 路UPS系统供电对系统整体效率能带来约2%的改善值。IT配电采用1路市电+1路UPS供电系统的电源效率IT配电采用1路市电+1路HVDC供电系统的电源效率IT配电采用2路UPS供电系统的电源效率02谐波治理与无功补偿数据中心IT设备、UPS、变频设备等会产生大量谐波，为消除配 电系统谐波影响，通常情况下在配电室采用集中自动补偿、谐波治

6、理 装置,如SVG+APF补偿装置，用以实时控制谐波含量，并将功率因 数补偿到0.95以上，从而达到减少电能损耗的目的。03设备选型数据中心配电系统主要耗能设备包括变压器及UPS(HVDC),对变 压器、UPS(HVDC)设备选型时，建议选用新型节能设备或技术减少设 备自身能耗，提供系统整体节能效果。1、采用低损耗、高能效的变压器根据GB20052-2020电力变压器能效限定值及能效等级规范 标准，同等电工钢带变压器2级能效比3级能效空载损耗低15% ,负 载损耗低10% ;同等容量同能效等级非晶合金变压器比电工钢带变压 器空载损耗低60% ,负载损耗相同。能效等级1级的变压器空载损耗与负载损

7、耗最低，非晶合金变压 器空载损耗优势明显，同等容量同能效等级条件下采用非晶合金变压 器对电气系统供电负载因子能带来约0.001的改善值。非晶合金变压器较传统硅钢片变压器在能效损耗上具有优势，但 其体积大，造价高，材料加工困难，同时非晶合金产生的磁致伸缩会 导致非晶合金变压器噪声升高。目前A级数据中心配电系统通常采用2N架构，变压器常时运行 负荷低于50% ,空载损耗低对节能更加有利。变压器的空载损耗+负 载损耗通常不高于1%。2、利用变压器的过载能力降低变压器的配置容量，减少系统的变 压器空载损耗，带来节能效果数据中心UPS负载率根据数据中心设计规范GB50174-2017 第条：确定不间断电

8、源系统的基本容量时应留有余量。不间断电 源系统的基本容量可按下式计算：E1,2PE不间断电源系统的基本容量（kW/kVA ）P电子信息设备的计算负荷（kW/kVA ）P/E 0.9 ,选用低能耗光源用电附件，充分利用自然光源；2、灯具控制方式采用集中、分散控制相结合：公共区域采用楼宇 集中控制方式，机房区域采用智能灯控系统或BA控制，灵活调整照明 照度；3、建筑物夜间景观照明和室外照明采用集中遥控的控制方式，通 过BA或智能照明控制可进行多场景、多时段、多分区的自动控制，并 结合定时开关、光控开关等进行自动控制；4、园区内照明灯具采用太阳能风能路灯，白天通过太阳能板将光 能转换成电能为蓄电池充

9、电，晚上通过控制器供电给照明。073总结在国家双碳和东数西算”的政策趋势背景下，2022年11 月1日起全文强制性国家标准数据中心能效限定值及能效等级 (GB40879-2021 )将正式实施，标准将数据中心能效等级分为3级, 1级表示能效最高，数据中心电能比不应大于1.20 , 2级能效数据中心 的电能比不应大于130,3级能效的数据中心电能比不应大于1.50。 标准指出，数据中心电能比表征数据中心PUE。面对日益严苛的数据中心能效约束条件，光靠空调制冷系统的效 能提升已经不能单纯满足降低电能比的要求，电气系统也必须同步采 取各种可能的措施来提升系统效率，降低系统损耗，从而降低电能比, 降低PUE值。本文从六个方面梳理和分析了供电系统的节能措施，旨 在为响应国家强制标准，提高数据中心能效，推动数据中心与绿色低 碳产业的深度融合提供一些思路和借鉴。