文中闡述大型、超大型數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組架構(gòu)設(shè)計(jì)中可能遇到的幾個問題,例如如何選擇后備柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的架構(gòu)、柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)的選擇等等。

       1 選擇備用電源的依據(jù)

　　數(shù)據(jù)中心備用電源的選擇的依據(jù)是GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

　　依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的8.1.12和8.1.13,A級和B級數(shù)據(jù)中心應(yīng)配置備用電源。

　　又依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的3.2.3和3.2.4,提出備用電源的冗余配置。

　　在GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》的附錄1《各級數(shù)據(jù)中心技術(shù)要求》的“電氣技術(shù)”中,對數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)作出了具體的技術(shù)要求,見表1。

　　根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-2017》A級數(shù)據(jù)中心后備X,可根據(jù)X=1～N自由選擇;B級不需要后備,C級不需要柴發(fā)。

　　從字面上,不管N是6臺還是12臺還是18臺,后備1臺都可以視為滿足規(guī)范要求;但是有朋友按照空調(diào)末端冗余N+X,N>4常規(guī)備用2臺的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),覺得實(shí)際末端可靠性在90%,而實(shí)際柴發(fā)可靠性也約在80%~90%之間,覺得4臺以上也應(yīng)該備用2臺。表2和表3分別給出了柴發(fā)可靠性經(jīng)驗(yàn)值為85%,市電可靠性經(jīng)驗(yàn)值為99.90%時,A級機(jī)房和B級機(jī)房外電可靠性的數(shù)據(jù)。

　　從表2可以看出,當(dāng)外電引入來自兩個不同高電壓等級變電站(>10kV),不同變壓器,不同路由,完整容量備份得到保證時,從實(shí)際需求來講,將投資花在柴發(fā)上僅僅只是可靠性千萬分之一到千萬分之五的增加,而實(shí)際上供電可靠性還串聯(lián)著后端用電側(cè)變壓器、配電設(shè)備和路由的可靠性。好鋼要用在刀刃上,如果是自用型客戶或者定制型客戶能夠接受的前提下,建議可以考慮無柴發(fā),而將投資放在后端,甚至是運(yùn)維人員的能力提升上,都好過放在柴發(fā)上。

　　但是對于B級機(jī)房或者IDC或者金融等需要嚴(yán)格遵守規(guī)范的機(jī)房,建議嚴(yán)格按照規(guī)范要求配置。如果是自用型企業(yè),擁有完善的管理和運(yùn)維團(tuán)隊(duì),需要達(dá)到A級機(jī)房的可靠性,建議可考慮采用一路市電+一路柴發(fā)的方式,其中柴發(fā)要根據(jù)可靠性需求,實(shí)際品牌和項(xiàng)目設(shè)備的可靠性應(yīng)用數(shù)據(jù),進(jìn)行備用設(shè)備的選擇。

　　2 備用電源架構(gòu)

　　當(dāng)項(xiàng)目規(guī)模較小,比如N<10,那么無論是備用X取1或者2,都直接一組并聯(lián)即可,不存在選擇困難和對比問題。

　　但是當(dāng)規(guī)模達(dá)到大型和超大型數(shù)據(jù)時,直接并聯(lián)一組,可能面臨缺少實(shí)際案例支持,以及并機(jī)母線和開關(guān)容量限制、并機(jī)控制系統(tǒng)限制等。

　　一般數(shù)據(jù)中心場景內(nèi)常見的為一組4～12臺并機(jī)。再往上18～20臺就比較少見了,對于部分敏感客戶,這是比較難以接受的。表4給出了四種方案的比較。

　　在表4中,A屬于常見型,D屬于有案例,B、C均只屬于理論可行,其中B屬于硬件后備式冗余,C屬于軟件后備式冗余。C的備用組也可以僅設(shè)置1臺機(jī)組。當(dāng)項(xiàng)目規(guī)模較大,比如3萬機(jī)柜,18組每組6臺,可考慮設(shè)置一組備用6臺,直接進(jìn)行負(fù)載切換,而不需要組間并機(jī),可以視為C的一種變型。

　　要想實(shí)現(xiàn)軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施,必須先把各硬件性能摸清楚。

　　當(dāng)機(jī)組數(shù)量較少時,也可以通過可實(shí)現(xiàn)分段并機(jī)的全并機(jī)系統(tǒng),可以視為D的一種變形。

　　當(dāng)數(shù)據(jù)中心園區(qū)規(guī)模每超過3萬臺時,可節(jié)約機(jī)組數(shù)量超過10臺,約2000～3000萬元,相關(guān)的風(fēng)險在2路真市電的前提下,應(yīng)該是值得仔細(xì)考慮的。

　　3 供電邏輯

　　分組供電,可以減少并機(jī)母線和相關(guān)母聯(lián)及開關(guān)的投入。需要對各段負(fù)荷進(jìn)行精確計(jì)算,并估計(jì)其負(fù)載可能變化情況。

　　單路斷電即起柴發(fā),目前技術(shù)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)上都不存在困難,主要是需要與供電部門進(jìn)行商討,目前已有多地有成功案例,隨著時間推移,這也將成為標(biāo)準(zhǔn)措施。主要好處是可以減容配置柴油機(jī)組。

　　未來的A級機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)配置很可能是兩路N/2的市電,加一路N/2的柴發(fā),然后三路再負(fù)荷冗余10%,這個而配置未來理論上做到T4應(yīng)該也沒問題。一方面是大大降低一次投資,另一方面也會大幅降低容量占用費(fèi),尤其是對于運(yùn)營前1～3年,甚至可以降低運(yùn)營能源費(fèi)用支出的40%以上。

　　4 結(jié)束語

　　既然A、B級或者Tier的等級都摒棄了客戶最關(guān)心的量化可靠性,那么我們所關(guān)心的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),是否應(yīng)該將可靠性量化,增加可靠性的投入獲得的收益就是賠償期望的減少,兩者量化之后,很多時候該不該做某種妥協(xié)或者改進(jìn)就很容易計(jì)算權(quán)衡出來了。

　　作者簡介

　　付寶福,國家注冊公用設(shè)備工程師,發(fā)愿生命不息向善不止的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施資深人士,專注于數(shù)據(jù)中心全壽命周期運(yùn)營優(yōu)化,竭力探索數(shù)據(jù)中心高效與永續(xù)運(yùn)行之路。