数据中心供电系统现状及存在问题
浅谈数字化供电所建设的若干问题
浅谈数字化供电所建设的若干问题发布时间：2023-01-30T08:00:51.039Z 来源：《中国电业与能源》2022年8月16期作者：王东升[导读] 数字化供电所，是利用数字化理念和技术对供电所工作进行优化王东升内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布市兴和供电分公司，013650摘要：数字化供电所，是利用数字化理念和技术对供电所工作进行优化，创新供电所工作模式，实现供电所业务自动化、作业移动化、服务互动化、资产可视化、管理智能化和装备数字化。
关键词：数字化；供电所建设；问题引言人工智能支持供电营业对基础设施进行升级和转型，加快数据创新速度，开发出更多全新的模式、技术和业态。
供电营业服务因“数字新基建”，获得一次全新的发展机会和战略选择机会，成为供电营业服务改造设备和升级服务的重要工具之一，同样也是全方位转化业务的良好机会。
1面向数字新基建的人工智能供电营业服务目标加快数字化转型进程。
互联网时代各项技术发展很快，要适应时代发展就需要做出相应的措施，供电营业服务数字化转型就是一种很好的方式。
数字新基建在人工智能技术的助力下，能够最大化开发数据价值，确保业务和管理等领域最大化发挥数据价值，提升智能化业务模式作用和业务效率。
增强生态牵引能力。
发挥信息基础设施的降低运输成本和增加数据采集和分析效率等作用，进一步提升产业链上下游互动频率。
在基础设施中增加人工智能等先进技术，能够起到更好管理信息和提升数据价值等作用，最大化发挥电网网络覆盖价值，让更多主体参与进来并增加合作力度，让电网更好的整合各方面资源，让产业链成员在更好的产业环境下发展，进而营造更加优质的市场氛围。
推动现代能源体系建设。
电网属于国家重要基础设施之一，与国家安全存在直接关系，如今分布式、用户侧互动和清洁能源等对电网提出了更高的要求，电网必须进行转变。
电网借助数字新基金改造升级，物联网和5G等新技术能够让电网运行水平和采集能力更高，电网智慧运营借助人工智能这一工具，进一步提升资源配置水平，深入挖掘数据价值，为实现需求侧响应和新能源并网做好相应的基础工作。
数据中心能源管理存在的问题及解决措施_概述说明
数据中心能源管理存在的问题及解决措施概述说明1. 引言1.1 概述数据中心作为承载和处理大量数据的关键基础设施，在如今数字化时代中发挥着至关重要的作用。
然而，随着数据中心规模的不断扩大以及使用需求的增加，能源管理问题也日益突出。
数据中心的高能耗、低效率以及环境污染等问题亟待解决，否则将对能源资源和环境带来严重影响。
1.2 文章结构本文将围绕数据中心能源管理存在的问题展开论述，并提出相应的解决措施。
首先，在"正文"部分将详细讨论三个主要问题，即数据中心能源浪费、低效率运行和环境污染。
随后，在"解决措施"部分将针对每个问题提出相应的应对策略。
最后，通过总结已有问题及其解决方案，并展望未来发展方向，给出本文的结论。
1.3 目的本文旨在深入探讨数据中心能源管理存在的问题，并提供切实可行且有效的解决措施。
通过阐述这些问题及其解决方案，我们可以引起人们对数据中心能源管理问题的关注，推动能源和环境的可持续发展。
此外，文章还旨在为数据中心运营人员、政策制定者以及相关研究者提供指导和参考，帮助其认识到这些问题的紧迫性，并采取相应措施来改善数据中心的能源管理效率。
2. 正文：2.1 数据中心能源管理问题1数据中心作为信息技术发展的核心基础设施，其能源管理问题日益突出。
首先，数据中心的设备密度和数量不断增长，导致能源需求大幅上升。
这使得数据中心的能源消耗成为一个巨大的挑战。
其次，传统的数据中心往往在冷却方面存在较大问题。
由于高密度设备带来的热量过多，冷却系统常常无法满足需求，造成能源浪费和运行效率下降。
此外，许多数据中心采用了过时、低效的电力供应架构，例如使用冗余模式以及非最佳运行策略等方式，进一步加剧了能源管理问题。
2.2 数据中心能源管理问题2另一个影响数据中心能源管理的主要问题是未充分利用可再生能源资源。
随着可再生能源技术的发展和普及，在更多地区可获得便宜且清洁的电力资源。
数据中心高压直流UPS供电系统的分析
数据中心高压直流UPS供电系统的分析以前的很多数据中心机房都是采用UPS供电系统来进行供电的，但是随着网络大数据时代的到来，数据中心业务量大大增加，越来越多的数据信息使得传统的供电系统已经无法满足使用要求。
长期以来，数据机房使用UPS供电系统供电，但传统的UPS供电系统存在结构复杂、安全性差、成本高、效率低、维护困难以及不易拓展等问题。
随着数据业务的高速发展，IT行业将增加大量新服务器，UPS设备应用规模不断扩大，导致使用UPS供电系统存在的问题变得越来越明显。
在通信行业节能降耗的背景下，高可靠性和低运行成本的高压直流供电系统将取代传统UPS电源为数据中心供电。
關键词：数据中心;高压直流;UPS;供电系统1高压直流UPS供电系统特点分析首先，常规UPS供电系统结构中存在DC/AC逆变器，因此功耗大大增加，占总功耗的5%左右。
高压直流UPS供电系统结构中不需要DC/AC逆变器、静态开关以及滤波器等设备，不仅能有效提高电源效率和供电设备运行效率，而且有效降低了设备成本。
其次，在数据中心使用的过程中，由于输入的是直流电，所以不会产生谐波以及功率因数的问题，这样就不会让谐波电流污染电网以及系统，从而维护整个系统以及电网的环境。
在设备中，由于使用相对来说比较稳定的直流电作为负载电流，所以会有效降低输入谐波的成分。
网络设备一般都会配备开关电源，所以使用稳定的直流电可以将30%的谐波成分降低至零，这样就不会产生谐波干扰设备的情况。
同时，由于没有谐波的干扰和影响，负载端也就很少甚至不会出现零地电压的问题。
再次，高压直流UPS供电系统提高了运行效率，主要是由于系统结构简单，通信技术更加先进，且可以并联多个模块，最大程度地利用了每个设备，避免了资源浪费。
常规的UPS供电系统通常使用2N或N+1冷却系统，因此常规UPS供电系统中任何UPS设备都可能具有高压，而且每个UPS设备都需要增加容量以满足负荷增加的容量，从而导致资源浪费。
浅谈供电系统中存在的问题及对策
浅谈供电系统中存在的问题及对策摘要：电力对于人们都日常生活与工作而言十分关键，而供电系统作为整个电力系统中重要的组成部分，必须保证整个系统的工作稳定性。
本文针对供电系统中存在的常见问题进行了深入的分析和研究，提出来一些建设性的提升措施，对于提高供电系统的稳定性有一定的参考价值。
关键词：供电系统；常见问题；提升措施引言：电力的供应质量对于人们都生活质量有着极大的影响，而在供电系统中仍然存在着一些问题，如供电不稳定、电力损耗严重，甚至存在着很大的安全隐患，这些问题严重影响着整个系统的运行质量，因此这些问题亟待解决。
1、供电系统的概述供电系统可以分为电源和输配电两个系统，主要实现电力的传输、分配等工作，其主要可以分为TN、IT、TT这三种类型。
TN供电系统是一种常见的电源接地系统，它是一种低压电力系统中广泛采用的电源接地方式。
TN供电系统分为TN-S、TN-C和TN-C-S三种类型，具体连接电路图如图1所示。
图1 TN供电系统在TN-S系统中，电源和用电设备的地线是分离的。
电源系统的中性线和地线是完全分开的，而用电设备的地线和中性线则分别连接到地面，形成了一个带有保护地的电路；在TN-C系统中，电源系统的中性线同时承担了中性和地线的功能，称为PEN，而用电设备则通过这根共用的线缆接收电能，中性和地线在用户端分开，形成了一个共用的中性和保护地的电路；TN-C-S系统是TN-C和TN-S系统的结合体。
在TN-C-S系统中，电源到用户之间使用TN-C接线方式，即中性线和地线合为一根共用线（PEN），而在用户设备内部，中性线和保护地线分开，形成分离的电路。
TN供电系统的特点是简单可靠，易于安装和维护，它提供了对人身安全和电气设备的双重保护。
然而，TN-C系统中的共用中性和地线可能存在一些潜在的安全隐患，如中性线断裂导致设备电压升高等问题。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的供电系统，并严格按照安全标准和规范进行设计、安装和使用。
谈现代数据中心机房供电系统建设中的误区及运维中的故障防范与处理(二)
用 户 由于认 为机 器 都 是 一 样 的 ，为 了节
约 或 被 销 售 商 误 导 ，购 买 质 量 较 差 的产 品 。 比 如 某 高 速 公 路 指 挥 部 由 于 购 买 质 量 较 差 的
机 器 ， 在 运 行 中 起 火 ；某 人 寿 保 险 公 司 也 因 购 买 了 质 量 较 差 的 机 器 ， 装 机 运 行 ６个 月 后
与 电 池 的 连 接 处 套 装 了 两 层 绝 缘 层 ， 结 果 导
致 电 池 放 不 出 电 ；又 如 某 证 券 公 司 因 电 池 连 接不好 导致在 运行 中起火 。
ＵＰ Ｓ， 工 频 机 型 ＵＰＳ就 比 高 频 机 型 ＵＰ Ｓ 重
１． ３７ ｔ Ｘ ２６６７＝３６５３ ７ ９ｔ 。
路 供 电 路 径 上 多 了 两 个 故 障 点 — — 变 压 器 和
Ｓ Ｔ Ｓ，致 使 可 靠 性 下 降 了 数 倍 。
如果 改用 图 １ ０的 方 案 ， 采 用 １ ＋ ２结 构
谈 现代数据 中心机房 供 电系统 建设 中的误 区及运维 中的故 障 防范 与处 理 （ 二）
文 Ｉ中国电源 学会 王 其英
【 摘 要 】本 文 围绕 数据 中心 供 电系统 的误 区进 行说 明 ，同时分 析运 维 中存 在 的一 些故 障现 象 和导
致 的 原 因并 给 出 处 理 建 议 。
模 式 ，这样 虽 多 一 台 Ｕ Ｐ Ｓ， 但 却 少 两 台 变 压 器和两台 Ｓ Ｔ Ｓ， 且 第 三 台 Ｕ Ｐ Ｓ 的 引 入 ，不 但
使 系统 可 靠 性 大 为增 加 ，同样 使 系 统 的过 载
ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ＆Ｃｉ ｔ ｙ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ２ ０ １ ３ ９ Ｎｏ ． ２ ０ ２ ８９
智慧能源站数据中心高可靠性供电方案研究
智慧能源站数据中心高可靠性供电方案研究1. 引言1.1 背景介绍智慧能源站数据中心作为信息社会的基础设施之一，其稳定可靠的供电是保障数据中心正常运行的关键因素之一。
随着云计算、大数据、人工智能等新兴技术的快速发展，数据中心对供电可靠性的要求越来越高。
传统的供电方案往往存在单点故障、能源浪费等问题，难以满足数据中心高可靠性供电的需求。
为解决这一问题，智慧能源站的出现为数据中心的供电提供了全新思路。
智慧能源站利用先进的物联网、云计算技术，实现了对供电设备的智能监控和管理，提高了供电系统的可靠性和灵活性。
智慧能源站还能实现能源的高效利用，降低能源消耗，为数据中心的可持续发展提供了坚实的保障。
本文将对数据中心高可靠性供电方案进行研究，分析智慧能源站在数据中心供电中的应用，并探讨高可靠性供电方案的设计与实施策略。
通过对供电方案的效果评估，总结研究成果，展望未来研究方向，为数据中心的可靠供电提供新的思路与方法。
1.2 研究意义数据中心是现代社会中不可或缺的基础设施之一，其承载着大量的信息数据和网络通信任务。
而数据中心的稳定供电是保障其正常运行的关键因素之一。
随着智慧能源站技术的发展，利用智慧能源站为数据中心提供高可靠性供电方案成为一个备受关注的研究方向。
研究智慧能源站数据中心高可靠性供电方案的意义在于提高数据中心的稳定性和可靠性，降低其运行中断的风险，保障数据安全和服务质量。
通过研究，可以针对数据中心供电过程中可能出现的问题提出有效的解决方案，改善数据中心的运行效率和能源利用率，降低能源消耗和运营成本，实现节能减排的目标。
研究高可靠性供电方案还可以为智慧能源站的应用提供实践经验和技术支持，推动智慧能源站在数据中心领域的进一步发展和应用。
研究智慧能源站数据中心高可靠性供电方案具有重要的现实意义和应用价值，对提升数据中心的运行安全性和可靠性，推动智慧能源站技术在数据中心领域的应用和推广具有重要意义。
【研究意义内容结束】2. 正文2.1 数据中心高可靠性供电方案的现状随着互联网和大数据时代的到来，数据中心的重要性日益凸显。
数据中心机房供电需求分析
数据中心机房供电需求分析在当今数字化的时代，数据中心机房已经成为了企业和组织运营的核心枢纽。
无论是大型互联网公司的数据处理，还是金融机构的交易系统，亦或是政府部门的信息存储和管理，都离不开稳定可靠的数据中心机房。
而在数据中心机房的众多关键要素中，供电系统无疑是重中之重。
一个稳定、高效、可靠的供电系统，是确保数据中心机房正常运行，保障业务连续性的基石。
首先，我们来了解一下数据中心机房的基本用电设备。
服务器、存储设备、网络设备等是数据中心机房的主要能耗大户。
这些设备在运行过程中需要持续稳定的电力供应，任何短暂的停电或电压波动都可能导致数据丢失、设备损坏，甚至业务中断，从而给企业带来巨大的经济损失和声誉损害。
那么，数据中心机房的供电需求到底有哪些特点呢？其一，高可靠性。
数据中心机房的业务通常不允许有任何中断，因此供电系统必须具备极高的可靠性，以确保在任何情况下都能持续稳定地供电。
这通常需要采用冗余设计，如多路市电接入、备用发电机组、不间断电源（UPS）等，以应对市电故障、设备故障等突发情况。
其二，高电能质量。
服务器、存储设备等对电能质量要求非常高，电压波动、频率偏差、谐波等都会影响设备的正常运行。
因此，供电系统需要具备良好的电能质量调节能力，如采用稳压器、滤波器等设备，确保输出的电能符合设备的要求。
其三，大容量。
随着数据量的不断增长，数据中心机房的设备数量和能耗也在不断增加，这就要求供电系统具备足够的容量来满足日益增长的用电需求。
其四，可扩展性。
为了适应业务的发展和设备的更新换代，供电系统需要具备良好的可扩展性，能够方便地进行扩容和升级。
接下来，我们详细分析一下数据中心机房供电系统的各个组成部分及其作用。
市电接入是供电系统的第一道防线。
通常，数据中心机房会接入多路市电，以提高供电的可靠性。
市电经过变压器降压后，输送到配电柜进行分配。
备用发电机组是在市电故障时的应急电源。
当市电中断时，发电机组能够迅速启动，为数据中心机房提供电力支持。
数据中心供配电系统解决方案
数据中心供配电系统解决方案摘要：随着社会的发展,当前数据中心也面临着比较紧迫的问题,在服务器和交换机的应用数量不断增加的情况下,尽管当前服务器和交换机的规模相对较小,能源消耗量却在不断增加。
越来越多的高密度计算设备在较小的空间中加以应用的时候,电源的密度以及热量也会出现达到临界点的现象,从而发生系统故障。
因此在数据中心供配电系统有效运行的过程中,需要加强数据中心供配电系统的安全稳定运行的基础上,实现更好的维护以及节省能源和成本的目标。
接下来，文章就数据中心供配电系统解决方案展开论述。
关键词：数据中心；供配电系统；解决方案引言供配电系统对于整个数据中心而言相当于心脏对于人体，它为数据中心所有设备提供稳定、安全的动力来源。
由于新型数据中心的功率密度越来越大，对供电可靠性的要求也越来越高，数据中心供配电系统投资占比愈渐加大，如何设计数据中心供配电系统已成为设计中的关键问题之一。
1供配电系统的设计应遵循的原则1.1遵循经济实用性的原则在供配电系统的整体设计过程当中，要充分考虑到对电气系统的整体投资成本、后期运行和维护成本等等，要从长时间高效使用的角度进行考虑，减少系统投运之后所产生的一些维护费用，有效的提升电气系统综合性投资的经济效益；除此之外，对电器系统设计的优化必须要满足建筑物当中电器功能的正常发挥；例如：对于照明来说，首先要对场地的明度、色温的指数进行提升；在通风空调系统中，对于场所的温度、湿度这些标准的设定要在合适范围内。
1.2可持续性发展的原则对于供配电系统的节能设计，如果从长远的一个角度来入手，应当始终贯彻方案技术的一种先进与可靠性、经济与合理性的设计原则，在进行设计的过程当中要认真、细心的考虑，并对各个不同环节当中的细节进行斟酌，确保构建建筑电气系统在设计当中寿命，并增强较高技术的经济性能。
1.3对一些损耗的能量予以节省节能是整个设计过程当中最重要的点，这个点就是减少无谓的能量消耗。
设计的过程当中首先要找到一些能量消耗以及能够发挥整体建筑物功能的点，对一些无关要素进行过滤，进而有针对性的采取节能方案。
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压 器
输 出 STS 配 电
双 电 源 负 载
PDU
务 器
ATS2
柴油发 电机
模块热
输入
插拔冗
变
配电
余n+1
（5）系统的灵活性和可扩展、变更问题：
以计划容量一次性投入、难以变更和扩展，缩短了生命周期。
（6）系统使用维护难度问题：
要求较高的维护水平，多供应商和非标准化使故障修复困难。
2020/5/10
4
与安全有关的两大问题决定了传统 UPS技术的发展
1. 系统的可用性：可靠性低，造成系统不可预 见的突发性故障；
器件电压： 全桥380V 半桥760V
配电 滤波器 变压器
计算机负载 DC300V±20%
2020/5/10
3
当前UPS供电系统存在的问题
（1）系统可靠性问题：
系统复杂、单路经故障点多、设备可靠性差、维护难度大等。
（2）系统电流谐波干扰问题：
系统中存在两个谐波源-负载开关电源和UPS。对电网和系统本身形成干扰、增加
目录
一、IDC机房中UPS供电系统现 状和值得思考的问题
二、当前UPS供电系统设计和配 置中存在的若干问题
2020/5/10
1
一、UPS供电系统现状和值得思考的问题
交流输入系统
市电1
ATS
市电2
ATS
柴油发电机
UPS供电系统
UPS主机； 输入输出配电； 输入输出滤波器； 输出STS转换开关； 线缆传输； 变压器； 电池阻；
滤波设备、降低输入功率因数和能源利用率、对地线系统提出苛刻要求等。
（3）系统成本和能源消耗问题：
能源两次转换降低了效率、系统复杂性提高了购置成本和运行成本、电流谐波的
存在增加了滤波设备、输入功率因数的低下降低了系统设备容量利用率。
（4）系统标准化问题：
系统复杂为标准化带来困难，系统设计建造停留在手工业阶段。
UPS输入电流 PF=0.7
直流母线电压 逆变器工作波形 AC220V/50HZ
THDI≥30%
负载电流
PF=0.6 CF>3
配电
有源滤波
PF=0.99 THDI≤5%
AC/DC （6脉冲）
电池组
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
配电 滤波器 变压器
器件电压： 全桥380V 半桥760V
计算机负载 DC300V±15%
2020/5/10
7
降低和治理系统谐波电流方法之一：
12脉冲整流+无源滤波器 UPS输出电压 直流母线电压 逆变器工作波形 AC220V/50HZ
负载电流
PF=0.6 CF>3
PF=0.95 THDI≤10%
配电
11 次 无 源 滤波
AC/DC12 脉冲整流
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
配电 滤波器 变压器
负载电流
PF=0.6 CF>3
配电
PFC整流
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
配电 滤波器 变压器
器件电压： 全桥380V 半桥760V
电池组
计算机负载 DC300V±15%
2020/5/10
1，与UPS配套 2，当前的器件水平可做到120KVA
9
降低治理系统谐波电流方法之三：
混合型有源滤波器
UPS输出电压
器件电压： 全桥380V 半桥760V
电池组
计算机负载 DC300V±15%
存在问题： 1，增加系统成本； 2，负载减轻时，无源滤波效果不好
2020/5/10
8
降低治理系统谐波电流方法之二：
PFC高频整流
PF=0.99 THDI≤5%
UPS输出电压 直流母线电压 逆变器工作波形 AC220V/50HZ
APF
2020/5/10
可放在UPS前端，也可放在整个系统前端
10
提高系统可用性方法之一： 单机冗余并机系统
配电
5、7次 无源滤波
AC/DC （6脉冲）
电池组
5、7次 无源滤波
AC/DC （6脉冲）
电池组
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
并机控制
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
配电 滤波器 变压器
计算机负载
2020/5/10
11
提高系统可用性方法之二： 双总线冗余并机系统
配电
5、7次 无源滤波
AC/DC （6脉冲）
电池组
配电
5、7次 无源滤波
AC/DC （6脉冲）
电池组
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
并机控制
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
配电 滤波器 变压器
STS
配电 滤波器 变压器
2. 谐波干扰：造成系统隐性故障；
2020/5/10
5
谐波电流对系统和电网的污染
1、谐波电流是UPS输入功率因数低的主要原因：
PF
PW PS
VI1 1
VIR
I1 IR
c
os1
r cos1
2、输入功率因数低是降低电能利用率和系统工作效率低的原因之一
P I 2R 1
cos2
在电压是正弦波的情况下，所有的谐波电流形成的功率都是无功的
负载
2020/5/10
2
当前UPS供电系统典型结构示意图
UPS输入电流
PF=0.7 THDI≥30%
UPS输出电压 AC220V/50HZ 直流母线电压 逆变器工作波形
负载电流
PF=0.6 CF>3
配电
5、7次 无源滤波
AC/DC （6脉冲）
传统UPS系统结构
电池组
DC/AC 全桥或半桥 PWC控制
3、谐波是中线电流大的主要原因：
所有的3次及3的整数倍3n次谐波电流在中线上都是同相位迭加的 ；
4、电流峰值因数对供电设备和传输导线容量的影响： 增大传输损耗；
5、谐波电流对供电系统的污染：
1）、使设备和元件产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电效率；
2）、加速电缆绝缘老化，缩短使用寿命；
3）、干扰由同一电网供电的其它电气设备的正常工作；
计算机负载
2020/5/10
12
提高系统可用性方法之三： 单机模块化UPS
N+1冗余配置
可在线热插拔，最大限度降 低故障修复时间
可用性=
MTBF MTBF+MTTR
2020/5/10
13
提高系统可用性方法之四： 集成化UPS供电系统结构框图
服
市电1 市电2
ATS1
模块热
输入
插拔冗
变
配电 ATS
余n+1 UPS
4）、引起局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大；
5）、导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量不准确；
20260）/5/、10对通信和计算机系统产生干扰；
6
UPS供电系统的谐波治理：
谐波治理是UPS设备性能改进和供电系统配置研究的重要 的课题。
治理措施：
增大电力系统的供电容量和传输电缆、开关等设备容量； 改变变压器的配置和不同的方式联接方式； 在系统中和设备内部配置无源滤波器； 在UPS设备输入端采用输入功率因数校正电路-PFC 在系统或设备输入端配置有源滤波器