大型数据中心建设热潮来袭。然而，在大型数据中心的运营中，巨大的配电成本支出正在对运营商形成挑战，同时配电单元往往占用大量面积，不利于数据中心的节能环保。因此，如何能够在保证数据中心稳定运行的情况下，实现配电系统的革新，显著降低配电成本成为业界关注的问题。正是在这一趋势下，中压型UPS开始兴起。中压型UPS能够提高接近负荷中心的电压等级，减少低压配电环节，降低能耗。可以预见，随着电信行业去电信化、减配增效的深入推进，中压UPS系统将迎来广阔的市场前景。

　　大型数据中心低压配电系统亟待革新

　　我国早期通信系统负有政治安全责任，通信网络一旦中断将追究相关方政治责任，所以我国通信系统中冗余配置较高，这从早期UPS和开关电源蓄电池组后备时间的不一致可见一斑。所以，在建设数据中心的供电系统时，为了保证系统安全可靠性，充分考虑设备配置和冗余。

　　目前大型数据中心园区或大型数据中心的供配电结构一般是引市电高压(110kV)或中压(35kV、10kV)到高压配电室然后再分配给干式变压器(转成380V)并配置成套低压配电系统，成套低压配电系统中的馈电柜再通过密集母线或电缆分配电能到每个楼层的低压配电柜，再分配到大型的UPS(如500kVA、600kVA)，目前每套低压配电系统一般最大配置到2000kVA，每套低压系统最多带两套大容量的11型UPS系统或2N型UPS系统，这种从高压配电系统-低压配电系统-UPS的结构在早期中小型数据中心应用广泛，但随着数据中心单UPS系统配电容量的加大，这种配电结构存在诸多缺陷。

　　第一，投资浪费严重。单套低压配电系统存在浪费投资、浪费机房空间、浪费密集母线等浪费现象。虽然也可以将变压器配置在每个楼层，但是供配电结构没有变化，随着大型UPS的使用，每套2000kVA的低压配电系统下挂2套600kVA(11)考虑充电电流及负载冗余后即满。

　　第二，增加供配电等级，增加了安全隐患。在相同的电源器件环境中，对于配电系统来说上下游开关越少越安全，配电等级越少可靠性越高，接近负荷中心的电压等级越高越节能。大型数据中心园区35kV开关站-10kV高压配电柜-10kV配电柜-变压器-低压配电柜-密集母线-楼层配电柜-UPS系统，8层级的配电结构，每多1个层级则意味着增加一个故障隐患点。

　　第三，影响机房可使用面积，增加建筑成本。对于大型数据中心，如果每层楼均配置变压器低压配电室、UPS系统电源室，相应电源区域要预留40%以上的空间，对于通信机房来说，一般预留25%~30%空间，且低压配电结构冗余度越大占机房面积越大。

　　中压型一体化UPS正在兴起

　　回顾通信领域的高低压配电发展趋势，交流系统从早期的380V到10kV，不间断电源从220V到240V、336V高压直流，设备功耗密集程度越大配电系统的电压等级也随之上升，采用高压等级的设备可以更多地减少线损、线缆母线投资、节省设备占地面积、减少转换次数也意味着节能，同样，改变传统的380V进380V出220V配电的结构，提高UPS进入电压等级至10kV以上也具备以上优点。使用如10kV的UPS的前提是将传统低压配点系统的计量功能、功率补偿功能、低压发电机组转移到10kV系统。

　　低压配电中的计量可采用高压端计量。传统数据中心往往是通过在低压段低压配电系统中配置计量柜的方式，但是随着数据中心规模越来越大，大型数据中心已有10套以上的低压配电系统，且分为生活用电、办公用电等，统计量工作放在高压将成为一种趋势。采用高压端计量的同时仍可以通过中压型一体化UPS的变压器的数据采集进行自动统计上报。

　　低压配电中的补偿功能可改为高压补偿和负荷中心就近补偿。对于数据中心来说，感性负载和容性负载同时存在，感性负载主要为空调主机、风机等电机类设备;整流设备、IT设备为容性负载;也就说数据中心感性负载和容性负载是同时存在的，是相互补充的。统计显示，目前大部分通信局楼的低压电容器柜多设置为人工投入，因为由于感性负载和容性负载的同时存在，功率因数cosΦ通常都在0.92以上。采取在低压配电系统进行补偿属于后补偿，没有起到有效作用，且在谐波环境下容易引发电容器共振并存在爆炸风险。因此未来的数据中心应针对具体机房环境测试其谐波和无功负荷情况进行就近补偿。

　　大型数据中心采用高压油机是必然趋势。目前大型、超大型数据中心已推广采用高压油机，带来很多优势：电缆、上下游开关配置方面，简化了配电结构，高压油机使用高压电缆传输电力，高压输电电流相当于低压输电电流的二十六分之一，上下游开关及电缆投资节省、敷设及施工方便、线损很小、安全性也较高;便于进行多机并机，形成大容量后备电源，消除了常压油机系统面临的输出容量瓶颈;若采用高压空调必须采用高压油机，离心机组启动电流较大，如国内某运营商集团企业标准规定“除变频供电的电动机外，单台额定功率大于350kW的电动机，宜采用10kV电源供电”。采用高压冷水机组供电后，可以相应减少变压器及低配和密集母线、电缆的投资，综合对比高压冷水机组的价格因素，初步统计可以节省0.075万元/kW(制冷量);高压油机集中布置，可以根据园区功耗发展情况分期、逐台投资，而低压油机则只能是与低配模块化相匹配而无论油机的实际负载率，造成油机投资浪费;推广使用高压油机之后低压配电系统中的ATS柜可以减配。

　　以上分析证明，低压配电系统中的主要功能，计量、电容、ATS柜等都可以代替，实施高压到负荷中心的二级转换比再经过低压侧显然可以节省更多成本，减少中间配电环节后也使得可靠性提高很多。

　　国外中压UPS系统应用现状

　　从欧洲地区的中压UPS系统发展来看，中压UPS系统多应用在工业级不间断电源应用场景中，拥有兆瓦级额定功率和高达99.5%的中压UPS，储能和逆变器依然处于低压水平，它还能大幅简化维护作业和降低系统成本。中压UPS可进行改造，进行定制化设计，可兼容各种各样的储能装置，具体取决于所需的保护时间。超级电容器和飞轮可在几秒钟内提供高密度保护，而电池可以达到长达15分钟的备用时间。

　　北美地区早期工业用中压型UPS系统多为集装箱式结构或露天箱体结构。数据中心使用的中压型UPS系统多为户内型、模块化结构，容量为2.0MW~20MW。包括输入输出开关柜、变压器箱、主控单元、PES柜(中压)、双向变流器、储能箱等。户外型储能箱后备时间为1~3分钟，户内型后备时间根据客户需求配置，可以达到30分钟以上。

　　可以看到，国外已有类似产品，但是国外的中压UPS较多定位于将UPS系统功能集中于中压段解决，目前已在美国的部分大型数据中心开始应用。

　　尤为值得一提的是，相比传统低压UPS，中低压一体化UPS在同样的场景下将减少80%的投资成本，而之所以能够带来这一“不可思议”的改变，则主要得益于大幅减少了传统低压配电柜的占地面积，节省了大量的低压配电母线、电缆，同时发电机组采用高压油机也便于分期投资。可以预见，中压UPS系统的建设将为运营商节省大量的供配电成本，进一步提升运营商的市场竞争力。

　　数据中心机房工程建设在节能和应用等方面均有不俗的表现。如节能方面，机房顶部采用岩棉保温，防火石膏板封堵，提高机房保温效果;地面铺设镀锌钢板，减少精密空调送风阻力，提高空调运行效率;机房内采用封闭热通道方式，保证机房冷热气流无缝隔离;机房内照明采用节能的LED灯具;采用可调节的送风地板。在应用方面，为满足电磁屏蔽及人文关怀等要求，采用黄铜金属屏蔽网对机房进行了六面体铺设;电气系统采用2N配电架构，提高了安全性;采用TOR布线方式，利用全光纤网络高带宽低损耗的特性，有效提高数据中心的可用性及可扩展性。

　　随着互联网、云计算需求的爆发式增长，数据中心的规模不断扩大，稳定、能耗、占地等问题持续困扰着数据中心运营者，维护、持续扩容等新的问题接踵而来。

　　为了应对挑战数据中心的形式也在不断的变化。从早期的集中供电集中制冷到分布式供电分布式制冷，从机柜摆放方向的简单调整到封闭冷/热通道，从简单划分功能区的数据中心到现在流行的微模块数据中心。

　　可以说每一次的变化都带来了很大的优化，而现在流行的微模块数据中心正是为了解决目前不断涌现的新挑战而发展出来的一种新型数据中心形式：它降低了对机房土建的要求能很好的控制建设成本;通过工厂的预制化能够尽可能的缩短建设周期;通过标准模块的复制能够很好的解决扩展能力并简化重复的设计过程;通过对现有新技术的植入能够最大程度的降低PUE值;同时它考虑并融入了原有数据中心标准的关键要求，进一步提升了其可靠性和安全性。

　　深圳市阿尔法特网络环境有限公司副总经理韩迪及微模块数据中心解决方案

　　微模块的组成

　　当前的数据中心进入到新的发展阶段，微模块数据中心的定义也有了新的诠释。

　　新一代的微模块数据中心主要具备以下要素：

　　标准化，预制生产，快速安装

　　模块化，可在线扩展和在线维修

　　智能化，实现微环境的监控和无人值守

　　灵活性，无论建设和平台管理都能根据用户需求快速调整

　　节能性，采用新的制冷技术，真正做到PUE值的降低

　　智慧化，通过大数据分析，实现系统的自动优化

　　结合微模块数据中心的发展过程，根据各个组件的功能作用，可将微模块数据中心分为以下系统：

　　　A、物理支撑系统(机柜及通道封闭)

　　物理支撑系统主要包括服务器机柜、前后封闭门系统、消防天窗系统、顶置走线架以及一些气流管理附件，物理支撑希望为整个微模块提供了一个可装配可管理的框架，是整个微模块系统的基础部件。

　　其设计采用拼装式模块化结构，大大节省运输时间和就位难度，节约微模块产品的生产、建设时间成本。达到快速部署的作用。

　　B、供配电系统(高压直流、UPS等)

　　微模块内部的供配电系统主要包括UPS系统或者高压直流系统、可集成ATS或者STS的精密配电柜系统、PDU以及配电附件。为整个微模块内部的设备提供冗余的智能化配电。

　　针对微模块供配电的智能化测系统，可进行不断电的热插拔扩展、智能数据采集、全面电力监测、防雷、电网隔离等，与数据中心环境相匹配，全面提升数据中心配电可用性及管理水平。

　　C、制冷系统(行间空调及多种冷源)

　　微模块内部的制冷系统是为了保障设备在良好的温湿度环境中长期可靠运行。有多种制冷形式，现在流行的包括行间空调、插框式空调、底置空调等针对微模块散热推出的智能化控制系统，智能温控系统是针对气流组织进行管理，从而达到更好的散热效果。高适应性和可靠性，维护简单。

　　D、管理系统。

　　管理系统是新型微模块产品的管理核心，是在传统动力环境监控系统中融合最新的物联网技术、互联网技术、通讯技术以及云化软件开发出来适应微模块应用场景等新型管控系统，结合大数据分析，提供最佳的客户体验。　　微模块发展趋势

　　随着数据中心大型化、集中化的发展，传统数据中心由僵化的结构、低效的管理与运营，向具有数字化、网络化、智能化特征的智慧型数据中心转变。主要体现在以下几个方面：

　　A、供配电

　　在传统的UPS系统设计时，需要先确定系统容量，很容易出现配置过大，带载率较低，同时在低载情况下UPS效率较低的情况;或者容易出现配置容量过小，后期扩容困难，不能满足业务快速发展的需求等情况。为提高UPS方案的安全性、可靠性，设计人员和运维人员在实际工作过程中总结出了诸如：单机系统、串联冗余系统、并联冗余系统、分布式冗余系统、单机双总线系统、(1+1)系统并联双总线等多种配置方案，在一定程度上提高了系统和供电的可靠性，但是也带了了诸多的问题，诸如：设备投资大、配套设备投资增加、占地面积更多、运营成本升高、维护和扩容困难、风险大等一系列问题。另外，传统IDC还需要设计配套机房，如UPS房、电池房，这对中小型机房来说是建筑格局上一个很大的浪费，同时UPS房还需要设置精密空调制冷，出于安全的考虑还需要设计精密空调的冗余，投资很大。

　　因此，IDC建设需求逐渐向模块化、可热插拔的方向发展，在中小型数据中心中，尤其成为首选的解决方案。高端的模块化产品，尺寸和标准服务器一致，可放在行间，集成了多路智能配电，可解决机房模块内的供电、监控电量等需求。目前市场上主流的模块化UPS，效率可高达95%，在低负载率情况下，节能显著。可按模块增加，方便客户灵活配置，灵活扩容，真正实现了模块化UPS的高效性、节地性、节能性和可靠性。

　　另外，供配电系统的另一个发展思路是使用高压直流，目前由中国电信牵头开发的240V制式和中国移动牵头开发的380V制式高压直流在国内已有广泛的应用，由于内部少了一次直交流转换的过程，在服务器端又可节省一次交直流转换过程，因此可提高供电系统效率。目前腾讯、电信在使用高压直流系统供电中有了比较长期的可靠应用。

　　B、制冷系统

　　传统的精密空调送风系统系统设计，采用风管上送风。其优点在于合理的设计可保证出风均匀，可送到较远的区域，通过消声箱可以有效降低风噪。但是初始投资较大，后期可扩容性较差，静压箱设计是根据现有风量设计，不能随意更改，否则反而可能引起送风不均等问题，另外其末端负荷也不能增加，机柜位置也无法调整，所以随着机房的扩容，很容易出现问题，不是大型IDC的建设方案的较优选择。

　　目前大量的数据中心为云数据中心，其显著特点是：机房规模大、服务器密度高、信息吞吐量大。云数据中心的规模决定了制冷方案必须发展得越来越节能，如google、facebook、国内的腾讯、阿里等采取了一些定制化的方案，如freecooling，最大限度的追求低PUE。

　　为了更好的散热和节能，冷却产品也有一步步靠近服务器发热源的发展趋势，比如从房间级产品->列间产品->服务器背板->液体冷却芯片制冷等。

　　目前，采用冷通道内行间送风的方案可大大提高空调系统的效率，同时其送风和回风都处于小范围内，其气流组织互不干 扰，对地板高度没有要求，后期扩容需求完全适应，可将每个行间空调及其附近的几个机柜作为一个制冷单元来考虑，这样大大提高制冷效率，实现快速建设、扩容互不影响的目的。

　　C、物理支撑系统(机柜及封闭通道)

　　物理支撑系统一般由机柜、冷通道端门、冷通道天窗、消防联动模块、地板精确送风模块(根据情况选择)等组成。

　　物理支撑系统的设计，包括机柜承重、、通孔率、冷通道接地、美观、线缆管理、能耗管理等。

　　现代化机房的设备密度越来越大，每个机柜装载的服务器越多越好。机柜承重的数值直接意味着机柜可以装载的服务器的数量，故机柜承重成为衡量机柜的重要指标。为了提高制冷效率，机柜的通孔率要求尽可能高，以减小气流阻碍作用，提高散热能力，在空调系统利用上来说，机柜系统有更高的设计和工艺要求。根据国家建筑规范，不管是否采用了屏蔽布线系统，综合布线系统所用的机柜都要求接地。机房发热量很大，靠近服务器机柜区域温度较高，其相对湿度较低，从而可能会形成较高的静电电压，如果不能通过有效的途径接地的话，会造成静电危险，从而影响服务器等设备的正常使用。在注重以上的同时，物理支撑系统还应做到美观、方便、节能、保证使用便利性等要求。

　　D、管理系统

　　机房环境监控系统能对机房场地的动力环境实现集中监测，包括对机房环境系统(漏水检测、温湿度、烟感、摄像头等)、机房设备(配电系统、直流配电柜、空调、智能PDU等)、安全系统(门禁系统、视频监控等)，具有完善的监测和控制功能，通过直观界面及时定位故障部位实现机房设备的集中监控。

　　监控系统是机房安全运行的重要保障，传统的机房监控系统，基本停留在只“监”而不“控”的水平，重要的控制均需要手动去实现，比如机房的灯光控制，并不能有效自动做到人走灯关;比如机房的空调冷量输出，目前只能由空调自身传感器探测而决定空调是否运行，检测回风或者送风温度都不能有效解决制冷完全匹配的问题等。

　　云计算及物联网的发展对监控系统提出了更高的要求。监控系统需要能够监测到机房所有的设备并可自动控制，做到真正的智能化。

　　在模块化数据中心，由于云计算的高热密度、虚拟化需求，可变冷量、UPS模块休眠等功能需要更高效的控制，因此模块内的制冷控制、电能分析更成为模块化运营的关键点。

　　而另一方面，模块化数据中心建设方案就是为了快速建设、快速复制的目的而诞生的，因此适应模块化建设的监控方案也需要能够快速建设，并且以模块为单位，互不影响。

　　微模块作为数据中心的一员，因其自身的灵活性，能应用于各种规模的数据中心，又具有建设周期短、高效节能等优势，能使建设方的投资回报周期变短，运营成本降低。

　　微模块数据中心现阶段已经成为目前数据中心发展的主流，在今后的使用过程中也将不断的优化，在未来的数据中心发展中也必将占据更加重要的地位。