一、數(shù)據(jù)中心的負載及其特點
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，社會各界對信息系統(tǒng)應用越來越廣泛，信息和數(shù)據(jù)量呈幾何級增長。數(shù)據(jù)中心作為極其重要的數(shù)據(jù)運行的基礎(chǔ)設(shè)施，IT設(shè)備的運行場所，耗電巨大，并具有其自身特點。
1、負荷等級高
(1)GB50174《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中將數(shù)據(jù)中心分為A、B、C三級。
(2)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備以及支持IT運行的空調(diào)動力系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心核心負荷，為一級負荷(或特別重要一級負荷)，其余負荷主要為二、三級負荷。數(shù)據(jù)中心核心負荷占全部負荷的80%以上。因此整體負荷等級非常高。
(3)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務連續(xù)性要求非常高，中斷供電造成的損失非常大，核心負荷供電配置實際上與GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中一級負荷中特別重要負荷一致，采用雙重電源供電的同時，采用柴油發(fā)電機組作為備用電源。為實現(xiàn)供電的不間斷，IT設(shè)備供電還配置容錯級的UPS，以保證在雙電源中切換。從供電配置的角度來看，數(shù)據(jù)中心的核心用電設(shè)備的負荷等級幾乎是最高的。
2、核心負荷占比大
(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，達到200 W/m2的極少。數(shù)據(jù)中心的IT機房區(qū)設(shè)備安裝功率密度則是以kW/m2為單位，幾乎差了一個數(shù)量級，IT機房區(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。IT機房區(qū)如此高的功率密度，以及由此導致的空調(diào)動力系統(tǒng)的高負荷大增，進而導致空調(diào)設(shè)備用電負荷容量的大增，最終導致數(shù)據(jù)中心核心負荷(也就是IT設(shè)備和支持IT設(shè)備運行的空調(diào)動力設(shè)備)的用電容量占全部負荷的80%以上。
(2)核心負荷以外的負荷主要有照明設(shè)備、消防設(shè)備、電梯、辦公、園區(qū)設(shè)施等，其中消防設(shè)備大部分平時并不開啟，照明功率密度根據(jù)GB50034《建筑照明設(shè)計標準》總體不超過15W/m2，辦公(含配套空調(diào))功率密度不超過90 W/m2，其容量占全部負荷的20%以下。對于單體建筑類型的數(shù)據(jù)中心，由于缺少了園區(qū)設(shè)施這項用電負荷，非核心負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，未來這一比例會進一步降低。
3、功率密度高
(1)IT機房區(qū)設(shè)備供電功率密度以kW/m2為單位。IT設(shè)備功能越來越強，功率密度越來越高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備機柜用電負荷由以前的2kW/臺，提高到3kW/臺、4kW/臺，甚至更高。機房單位面積的平均用電負荷也由1kW/m2，提高到1.5kW/m2、2kW/m2，甚至更高。以現(xiàn)在刀片服務器機柜滿配時，用電量可高達15kW，相當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)和民用建筑的一個顯著特點，也是衡量一個數(shù)據(jù)中心性能的重要指標，因此，在論及數(shù)據(jù)中心的規(guī)模時，面積已不再是主要的指標，單位面積的供電和制冷能力成為一個標尺。運行面積×功率密度，也就是供電和制冷總量，才是未來衡量數(shù)據(jù)中心規(guī)模的指標。
4、諧波
(1)諧波有多種危害：影響電動機效率和正常運行;使變壓器產(chǎn)生附加損耗，從而引起過熱，使絕緣介質(zhì)老化加速，導致絕緣損壞;使電容器過載發(fā)熱，加速電容器老化甚至擊穿;使電力系統(tǒng)各種測量儀表產(chǎn)生誤差;造成電網(wǎng)諧振;使保護裝置誤動或拒動，導致區(qū)域性停電事故;對通訊、電子類設(shè)備產(chǎn)生干擾;引起控制系統(tǒng)故障或失靈;零序諧波電流導致中性線電流過大，造成中性線發(fā)熱甚至火災。
(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如果采用高頻機諧波含量更低，基本可以忽略。用于電動機調(diào)速的單臺變頻裝置，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)動力系統(tǒng)各類水泵普遍采用變頻調(diào)速以提高電機效率。因此對于數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中的電機調(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次諧波應進行嚴格計算，估算出對電網(wǎng)或供電系統(tǒng)公共連接點的影響，采取有效措施，使諧波畸變不超過國家標準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，減少線路中的諧波電流，降低線路損耗。
(5)“就地處理”有困難時還可在低壓側(cè)電容補償回路串聯(lián)電抗器來抑制諧波，但應計算諧振頻率，采取措施避免發(fā)生諧振。
(6)盡量采用無源濾波裝置才抑制諧波，有源濾波裝置雖然濾波能力強，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
數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機組是關(guān)鍵項目之關(guān)鍵負載的關(guān)鍵節(jié)點設(shè)備，談到數(shù)據(jù)中心備用電源的需求特點，需要從數(shù)據(jù)中心的相關(guān)標準談起，在中國建設(shè)各種形式的數(shù)據(jù)中心都需要遵守相關(guān)規(guī)范、標準。設(shè)計執(zhí)行的主要法規(guī)和所采用的主要標準：
《高層建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045
《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052
《20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》GB50053
《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054
《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057
《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(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)計規(guī)范》JGJ16
數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計主要參考：
《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》GB50174
《Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers》ANSI/TIA-942
各種規(guī)范、標準對發(fā)電機系統(tǒng)都做了明確的說明、要求，但通過研讀各種規(guī)范、標準我們發(fā)現(xiàn)，文件中對發(fā)電機的系統(tǒng)要求沒有變化，只是對系統(tǒng)的組成、形式、供電范圍等有一定的區(qū)別，也就是說數(shù)據(jù)中心中對發(fā)電機系統(tǒng)的需求特點基本是一致的。
在一致需求特點下對發(fā)電機的可靠性、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)電機組運行特點，在一個供電正常的數(shù)據(jù)中心中，發(fā)電機系統(tǒng)一年的啟動工作時間一般不會超過80～100小時(包括正常測試和帶載測試)，早期的發(fā)電機系統(tǒng)沒有由于產(chǎn)品本身限制或系統(tǒng)可靠性限制不太做帶載測試，主要采用空載啟動測試或空載啟動并機測試(取決于系統(tǒng)的組成方式)，但此種測試方式不利于發(fā)電機的長壽命使用?，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)中心采用測試用假負載(10KV機組)進行單機帶載測試，或通過發(fā)電機的實際負載進行帶載測試。
備用發(fā)電機系統(tǒng)是以相對負載的系統(tǒng)，如采用10KV發(fā)電機對10KV母線段的切換具有一定的要求和難度，并且各地的供電單位對10KV段的使用是有著不同的規(guī)定的，所以發(fā)電機的啟動、并機、母線輸出、母線段切換等過程非常復雜，需要具有完善的機制和可靠的產(chǎn)品來支持。如采用低壓機組，即使采用ATS切換機構(gòu)，那么ATS的系統(tǒng)容量也是非常大的，對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)電機系統(tǒng)的一些特點，這些特點都和發(fā)電機的選型、系統(tǒng)組成、安裝、測試等有著不可分割的關(guān)系，需要從各個環(huán)節(jié)來把控發(fā)電機產(chǎn)品的質(zhì)量。
數(shù)據(jù)中心所追求的發(fā)電機第一特性為啟動成功率，從以上的數(shù)據(jù)中心發(fā)電機日常使用中可以看出，在以年為統(tǒng)計單位時間間隔內(nèi)，發(fā)電機啟動的次數(shù)不會太多，一般情況下超不過30-50次，故每次啟動的成功率就變得非常重要，因為面臨的一個非常問題是，不知道哪次啟動是真的停電了的啟動，運維人員對發(fā)電機每一次成功的啟動都如釋重負，并希望下次啟動成功依舊。
啟動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、產(chǎn)品選型、產(chǎn)品選擇、供應商選擇、深化設(shè)計、安裝、調(diào)試、測試、正常運維等各個方面都息息相關(guān)，可以一一展開說明：
1、系統(tǒng)設(shè)計：備用發(fā)電系統(tǒng)是由綜合電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、建筑系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等多個系統(tǒng)組成的一個綜合項目，如發(fā)電機的發(fā)電機部分、輔助供電部分等屬于電氣系統(tǒng)，發(fā)動機和水箱風扇等屬于機械系統(tǒng)、油箱及相關(guān)管路屬于動力系統(tǒng)，發(fā)電機的信號、監(jiān)控等屬于弱電系統(tǒng)，而發(fā)電機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力的設(shè)計院對發(fā)電機系統(tǒng)進行全面而完善的設(shè)計。
2、產(chǎn)品選型和選擇：數(shù)據(jù)中心到底如何選擇發(fā)電機組，選擇何種功率標定的機組，選擇10KV機組還是低壓機組，選擇何種冷卻方式機組等等，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買何種形式的機組，首先需要的是選擇市場主流品牌的成熟產(chǎn)品，退出市場具有一定的年限，有一定的保有量的產(chǎn)品。
3、供應商選擇：供應商選擇是個非常困難的事情，報價、成本、價格等因素經(jīng)常成為選擇一個供應商的重要原因，但還是要以技術(shù)為先導，并對供應商有一個比較好的前期考察，綜合考慮供應商的實力，因為這些都與發(fā)電機的整體生命周期有著非常關(guān)鍵的聯(lián)系。
4、深化設(shè)計：備用發(fā)電機系統(tǒng)是需要有一個深化設(shè)計的過程的，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，選擇的發(fā)電機品牌，發(fā)電機配套電氣設(shè)備的型號，進排風裝置的設(shè)置，供油管路及設(shè)備的情況等，需要對發(fā)電機系統(tǒng)進行深化設(shè)計，以使系統(tǒng)更加合理、可靠。深化設(shè)計往往由供應商協(xié)助業(yè)主及設(shè)計院完成，所以上述的供應商選擇就顯得更加的重要。
5、安裝、調(diào)試、測試：這是檢驗發(fā)電機性能的非常重要的環(huán)節(jié)和工作，如何安裝好一個發(fā)電機是有很多需要關(guān)注的點的，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臺并機和3臺以上并機也是不一樣的，當然最理想的狀態(tài)是多臺并機并帶載測試，但現(xiàn)實中假負載比較困難，數(shù)據(jù)中心業(yè)主應對發(fā)電機的調(diào)試保持一個清醒的認識，這是一個相對漫長的過程。
數(shù)據(jù)中心所追求的發(fā)電機第二特性為安全性，包括了建筑物、消防、進排風、排煙等等的安全。首先建筑物應當安全，具有足夠的抗震等級，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、標準的要求。進排風也是很重要，如果進排風做不好導致發(fā)電機運轉(zhuǎn)時過熱是會導致機組停機的。
數(shù)據(jù)中心備用發(fā)電機組的投入時間也是非常重要的特點，10KV發(fā)電機的投入過程比較復雜，包括多臺發(fā)電機啟動、并機，每臺發(fā)電機對應的輸出10KV開關(guān)應自動閉合，母線段的輸出開關(guān)根據(jù)策略不同可能是先閉合，也可能后閉合，閉合后向市電進線母線段供電，市電母線段通過對開關(guān)進線分合閘操作將發(fā)電機的供電送入末端設(shè)備。低壓機組可能就相對簡單，或者直接ATS完成市電和發(fā)電機供電的切換，也可能是開關(guān)完成切換，但都會比10KV相對簡單一些。
（轉(zhuǎn)載）
