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数据中心的负载及其特点

信息来源:NSD浏览次数:3350发布时间:2016-05-12 17:18:10
随着信息技术的迅速发展和互联网的普及,社会各界对信息系统应用越来越广泛,信息和数据量呈几何级增长。数据中心作为极其重要的数据运行的基础设施,IT设备的运行场所,耗电巨大,并具有其自身特点。
一、负荷等级高
1.GB50174《数据中心设计规范》中将数据中心分为A、B、C三级。
2.数据中心的IT设备以及支持IT运行的空调动力系统是数据中心核心负荷,为一级负荷(或特别重要一级负荷),其余负荷主要为二、三级负荷。数据中心核心负荷占全部负荷的80%以上。因此整体负荷等级非常高。
3.数据中心的业务连续性要求非常高,中断供电造成的损失非常大,核心负荷供电配置实际上与GB50052《供配电系统设计规范》中一级负荷中特别重要负荷一致,采用双重电源供电的同时,采用柴油发电机组作为备用电源。为实现供电的不间断,IT设备供电还配置容错级的UPS,以保证在双电源中切换。从供电配置的角度来看,数据中心的核心用电设备的负荷等级几乎是最高的。
二、核心负荷占比大
1.在一般民用建筑中单位面积的设备安装功率在50~150W/㎡,达到200 W/㎡的极少。数据中心的IT机房区设备安装功率密度则是以kW/㎡为单位,几乎差了一个数量级,IT机房区以外的辅助功能区的功率密度与一般民用建筑基本相当。IT机房区如此高的功率密度,以及由此导致的空调动力系统的高负荷大增,进而导致空调设备用电负荷容量的大增,最终导致数据中心核心负荷(也就是IT设备和支持IT设备运行的空调动力设备)的用电容量占全部负荷的80%以上。
2.核心负荷以外的负荷主要有照明设备、消防设备、电梯、办公、园区设施等,其中消防设备大部分平时并不开启,照明功率密度根据GB50034《建筑照明设计标准》总体不超过15W/㎡,办公(含配套空调)功率密度不超过90 W/㎡,其容量占全部负荷的20%以下。对于单体建筑类型的数据中心,由于缺少了园区设施这项用电负荷,非核心负荷的占比甚至要低于10%~15%。随着数据中心IT区功率密度的提高,未来这一比例会进一步降低。
三、功率密度高
1.IT机房区设备供电功率密度以kW/㎡为单位。IT设备功能越来越强,功率密度越来越高。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kW/台,提高到3kW/台、4kW/台,甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kW/㎡,提高到1.5kW/㎡、2kW/㎡,甚至更高。以现在刀片服务器机柜满配时,用电量可高达15kW,相当5kW/㎡以上。
2.数据中心的极高的功率密度是其区别于一般工业和民用建筑的一个显著特点,也是衡量一个数据中心性能的重要指标,因此,在论及数据中心的规模时,面积已不再是主要的指标,单位面积的供电和制冷能力成为一个标尺。运行面积×功率密度,也就是供电和制冷总量,才是未来衡量数据中心规模的指标。
四、谐波
1.谐波有多种危害:影响电动机效率和正常运行;使变压器产生附加损耗,从而引起过热,使绝缘介质老化加速,导致绝缘损坏;使电容器过载发热,加速电容器老化甚至击穿;使电力系统各种测量仪表产生误差;造成电网谐振;使保护装置误动或拒动,导致区域性停电事故;对通讯、电子类设备产生干扰;引起控制系统故障或失灵;零序谐波电流导致中性线电流过大,造成中性线发热甚至火灾。
2.数据中心供电系统的最大谐波源是换流设备(整流器、逆变器、变频装置)。现阶段数据中心供电的UPS主要采用12脉冲整流,最主要的特征谐波为11次谐波和13次谐波,含量很低又采取了滤波装置,对供电系统影响很小。数据中心供电的UPS如果采用高频机谐波含量更低,基本可以忽略。用于电动机调速的单台变频装置,一般是6脉冲整流装置,其最主要的特征谐波为5次和7次谐波,谐波电流含量较高,危害较大,而空调动力系统各类水泵普遍采用变频调速以提高电机效率。因此对于数据中心供电系统中的电机调速变频器产生的5次和7次谐波需要高度重视,并采取有效的抑制措施,以免影响电能质量和品质,或者直接对IT设备产生干扰。
3.数据中心供电系统的5、7次谐波应进行严格计算,估算出对电网或供电系统公共连接点的影响,采取有效措施,使谐波畸变不超过国家标准GB/T14549《电能质量 公用电网谐波》之规定。
4.谐波治理采取“就地产生,就地处理”的原则,如果有必要,尽量在谐波源设备附近设置谐波抑制装置,减少线路中的谐波电流,降低线路损耗。
5.“就地处理”有困难时还可在低压侧电容补偿回路串联电抗器来抑制谐波,但应计算谐振频率,采取措施避免发生谐振。
6.尽量采用无源滤波装置才抑制谐波,有源滤波装置虽然滤波能力强,但是要消耗电能,成本高。

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