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数据中心设计规划(下)

日期:2022-08-19


上期我们了解了需求评估&电源功率容量,本期我们来看最终电源容量的计算~

 

最终电源容量计算

 

按照上期内容以千瓦为单位估算出总电源容量后,就可以进行两项关键计算:首先是估算为数据中心供电所需的电力线路的容量,其次是估算为达到预期可用性所需的所有备用发电机的容量。

 

1

确定电力线路的容量

 

电力线路可按照以下方式计算:

 

01

以千瓦为单位获得所需的总电力容量,并乘以125%以满足美国国家电气标准和类似规范组织的要求

02

确定供电公司提供的线路入口三相交流电电压。通常在美国是480V交流电,在世界上其它大部分国家/地区是230V交流电

03

使用下面的公式确定为数据中心供电的电力线路容量,以安培为单位:电流(安培)=(功率(kW)x1000)/(电压(伏特)x1.73)

这为数据中心提供了支持关键负载、制冷和建筑功能所需的电力线路容量。使用图1的假设,图2通过比较额定(峰值)功率和稳定状态功率的电力线路需求,强调了这二者间的重要区别。必须注意,这仅仅是估计值,而最终线路容量的确定在很大程度上取决于准确的现场详细信息。强烈建议您聘请有资质的专业咨询工程师核实初始估算数据并设计最终数据中心电力供给。表1总结了上面讨论的内容。

 

图1 数据中心电力需求明细

 

图2 典型100kW关键负载的额定与稳态电力线路功率。

电力线路额定值几乎是稳定状态关键负载值的4倍

 

2

估算发电机备用电力系统的容量

 

确定了电力线路的容量后,就可以考虑估算相应备用发电机的容量,以便在市电故障时能够提供备用电源从而提高数据中心的可用性。典型发电机安装如下面图3所示:

 

图3 典型发电机系统

 

首先要注意上图中假设数据中心是唯一的负载,而且该负载受到备用电源的完全保护。“市电”供给可能只是标准商业电力配电系统的一部分,所以该图只是更大电力系统的一个子集。该子集是为关键IT负载供电的数据中心部分。

 

要估算关键负载所需的发电机容量,请使用表1的计算公式。但是有些负载通过转换开关附加到发电机上,必须考虑这些负载的电力特性。例如,机械负载需要高启动电流,而且还会产生谐波电流,这会影响发电机提供所需电力容量的能力。如果UPS没有在高输入功率因数下运行,其本身可能会导致这样的问题,而且如果它将超前功率因数施加到发电机上,还可能导致发电机出故障。

 

表1 数据中心功率需求估计计算数据表

 

如何针对运行特性选择有利于发电机可靠运行的UPS系统涉及的内容很多,本系列类容没有进行讨论。为了获得端到端的可靠性必须谨慎选择UPS,了解这一点就已经足够了。避免使用在低负载条件下表现出高电容特性的UPS系统。某些UPS拓扑结构(如delta转换)对于发电机供电的系统是十分理想的,而且不会产生使用输入过滤电容的传统双转换系统的不良运行特性。在选择UPS时,仅是拓扑结构选择就会对所需的发电机容量产生重大影响,通常系数为3(典型双转换UPS的发电机会是Delta转换UPS发电机的1.75倍到3倍)。与电力线路功率相同,通过比较额定(峰值)功率和稳定状态功率的发电机需求,图4强调了这二者间的重要区别。

 

图4 典型100KW关键负载的额定与稳态发电机功率。

电力线路的额定值是稳定状态关键负载值的4倍以上

 

在选择发电机时,为了方便,一般根据发电机的额定功率(kW)进行选择,但要注意发电机在设计中是以小于1的功率因数(通常为0.8)来运行负载。这意味着电流和电压的相位会稍微有些不同,发电机必须能够承受这个差异。一个1000kW的发电机,设计在运行负载功率因数为0.8,那么其额定功率为1200kVA。不要将发电机的kVA额定值和实际功率容量相混淆,后者总是以kW来计算的。

 

结论

 

对支持和冷却数据中心中的关键负载所需的电源功率进行评估,这在满足最终用户可用性预期的设备开发过程中十分重要。通过使用上述过程,可以做出功率需求的合理估算。这有助于指定网络关键物理基础设施组件的容量,以达到需求评估所确定的可用性。在做出了初步估算之后,就可以在有竞争力的NCPI系统供应商或咨询工程师(如果数据中心的规模足够大)的协助下开始概念设计和详细设计。根据上述功率需求评估过程确定的容量和可用性配置,随后就可以进行成本估算了。

 

通过这两期内容,我们了解了计算供电和制冷需求评估、确定支持数据中心所需的电源功率容量和最终电源容量的计算,这一系列的评估和计算有助于我们进行对最后成本的预估。

 

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