文中阐述大型、超大型数据中心柴油发电机组架构设计中可能遇到的几个问题,例如如何选择后备柴油发电机系统的架构、柴油发电机组并联的选择等等。

       1 选择备用电源的依据

　　数据中心备用电源的选择的依据是GB50174-2017《数据中心设计规范》的规定。

　　依据该标准的8.1.12和8.1.13,A级和B级数据中心应配置备用电源。

　　又依据该标准的3.2.3和3.2.4,提出备用电源的冗余配置。

　　在GB50174-2017《数据中心设计规范》的附录1《各级数据中心技术要求》的“电气技术”中,对数据中心备用电源系统作出了具体的技术要求,见表1。

　　根据《数据中心设计规范GB50174-2017》A级数据中心后备X,可根据X=1～N自由选择;B级不需要后备,C级不需要柴发。

　　从字面上,不管N是6台还是12台还是18台,后备1台都可以视为满足规范要求;但是有朋友按照空调末端冗余N+X,N>4常规备用2台的实践经验,觉得实际末端可靠性在90%,而实际柴发可靠性也约在80%~90%之间,觉得4台以上也应该备用2台。表2和表3分别给出了柴发可靠性经验值为85%,市电可靠性经验值为99.90%时,A级机房和B级机房外电可靠性的数据。

　　从表2可以看出,当外电引入来自两个不同高电压等级变电站(>10kV),不同变压器,不同路由,完整容量备份得到保证时,从实际需求来讲,将投资花在柴发上仅仅只是可靠性千万分之一到千万分之五的增加,而实际上供电可靠性还串联着后端用电侧变压器、配电设备和路由的可靠性。好钢要用在刀刃上,如果是自用型客户或者定制型客户能够接受的前提下,建议可以考虑无柴发,而将投资放在后端,甚至是运维人员的能力提升上,都好过放在柴发上。

　　但是对于B级机房或者IDC或者金融等需要严格遵守规范的机房,建议严格按照规范要求配置。如果是自用型企业,拥有完善的管理和运维团队,需要达到A级机房的可靠性,建议可考虑采用一路市电+一路柴发的方式,其中柴发要根据可靠性需求,实际品牌和项目设备的可靠性应用数据,进行备用设备的选择。

　　2 备用电源架构

　　当项目规模较小,比如N<10,那么无论是备用X取1或者2,都直接一组并联即可,不存在选择困难和对比问题。

　　但是当规模达到大型和超大型数据时,直接并联一组,可能面临缺少实际案例支持,以及并机母线和开关容量限制、并机控制系统限制等。

　　一般数据中心场景内常见的为一组4～12台并机。再往上18～20台就比较少见了,对于部分敏感客户,这是比较难以接受的。表4给出了四种方案的比较。

　　在表4中,A属于常见型,D属于有案例,B、C均只属于理论可行,其中B属于硬件后备式冗余,C属于软件后备式冗余。C的备用组也可以仅设置1台机组。当项目规模较大,比如3万机柜,18组每组6台,可考虑设置一组备用6台,直接进行负载切换,而不需要组间并机,可以视为C的一种变型。

　　要想实现软件定义的基础设施,必须先把各硬件性能摸清楚。

　　当机组数量较少时,也可以通过可实现分段并机的全并机系统,可以视为D的一种变形。

　　当数据中心园区规模每超过3万台时,可节约机组数量超过10台,约2000～3000万元,相关的风险在2路真市电的前提下,应该是值得仔细考虑的。

　　3 供电逻辑

　　分组供电,可以减少并机母线和相关母联及开关的投入。需要对各段负荷进行精确计算,并估计其负载可能变化情况。

　　单路断电即起柴发,目前技术和设备实现上都不存在困难,主要是需要与供电部门进行商讨,目前已有多地有成功案例,随着时间推移,这也将成为标准措施。主要好处是可以减容配置柴油机组。

　　未来的A级机房标准配置很可能是两路N/2的市电,加一路N/2的柴发,然后三路再负荷冗余10%,这个而配置未来理论上做到T4应该也没问题。一方面是大大降低一次投资,另一方面也会大幅降低容量占用费,尤其是对于运营前1～3年,甚至可以降低运营能源费用支出的40%以上。

　　4 结束语

　　既然A、B级或者Tier的等级都摒弃了客户最关心的量化可靠性,那么我们所关心的企业标准,是否应该将可靠性量化,增加可靠性的投入获得的收益就是赔偿期望的减少,两者量化之后,很多时候该不该做某种妥协或者改进就很容易计算权衡出来了。

　　作者简介

　　付宝福,国家注册公用设备工程师,发愿生命不息向善不止的数据中心基础设施资深人士,专注于数据中心全寿命周期运营优化,竭力探索数据中心高效与永续运行之路。

　　责任编辑：DJ编辑