本文节选《电信技术》 2019年10期

摘要：

本文主要通过对DPS与微模块融合应用场景下，市电+UPS锂电、市电+高压直流锂电、UPS锂电+UPS锂电等方案的应用分析，着重阐述了DPS与微模块融合的实际应用模型、优劣和效益、建设投资等的方面优缺点，并针对IDC云机房供电更高效、更安全、更可靠等方案提出观点。

关键词：DPS 高效 微模块 安全

1、引言

5G已来，未来将无限可能，随着大数据、云计算、AI、边缘计算、物联网技术的不断成熟与发展，社会对数据中心机房建设的需求日益提高，海量数据也将对数据中心产生巨大的影响。据IDC（Internet Data Center）数据统计，到2020年将有超过500亿的终端与设备联网，机器类通信将在未来网络中成为移动通信行业的主流。这都对其电源系统也提出了更高的要求。IDC机房最基础、核心的供电系统和蓄电池配置方式也得到了前所未有的关注，如何能确保IDC机房供电更高效、更节能、更可靠、更安全一直是我们需要探索的问题。

2、  概述

2.1 DPS概念

DPS即是分布式电源装置的简称，是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。

2.2 DPS原理

分布式电源DPS模块直接集成在IDC机柜内部。DPS模块有多种配置方式：市电+UPS锂电、市电+高压直流锂电、UPS锂电+UPS锂电，每个机架都可按需提供最优方案。在多种DPS配置方式中，市电+高压直流锂电的配置效率最高、最经济。

3、DPS与微模块融合应用场景

传统UPS或高压直流集中供电系统因效率低、能耗高、后备铅酸蓄电池不够绿色环保、投资效益较差等弊病一定程度上促成了各种新的替代供电技术的出现。DPS分布式电源技术方案的出现，在一定程度上解决了供电能耗高、前期投资大的问题。“微模块+分布式电源”解决方案示如下图1。

图1 “微模块+分布式电源”解决方案

3.1 DPS工作模式

3.1.1 分类

DPS模块，根据不同的场景、不同的需求通常也有多种方式，目前主要方式有以下几种方式：

1）     市电+UPS锂电

2）     市电+高压直流锂电

3）     一路UPS锂电／高压直流锂电

4）     UPS锂电+UPS锂电

5）     高压直流锂电+高压直流锂电

每个机架都可按需提供最优方案。在多种DPS配置方式中，市电+高压直流锂电的配置效率最高、最经济。

3.1.2 后备锂电的优势

  为解决提高确保IDC机房供电的安全、可靠，DPS分布式电源都采用锂电池作为UPS或高压直流的后备电源。传统的UPS或高压直流一般都采用铅酸电池，锂电池具备体积小、高可靠、更安全等诸多优点，被DPS电源所采用。具体比较分析如下表1：

表1 锂离子电池与铅酸电池对比表

3.2组网方案

通过上面的分析DPS分布式电源的工作模式大致分5种模式，不管用哪种模式，他们都必须提供两路可靠的电源输入。两种电源的输入，根据应用场景不同又有所不同，目前主流的部署方案有以下两种：

3.2.1“菊花链”部署方案

      两路电分别到交叉引入网络柜的,每个网络柜分别引入A\B两路电源，示意图下如图2 。

图2 “菊花链”供电方案

3.2.2“手拉手”部署方案

两路电，其中第二网络柜的B路一路是从前一个网络柜引入的为第二路电源，依次类推，第一个柜子的B路为最后的个网络柜的出线引入。分别到交叉引入网络柜的,示意图下如图3。

图3 “手拉手”供电方案

3.3 DPS组网与传统组网方案的区别

DPS组网与传统组网方案其主要区别为：DPD组网供电电源入列到网络柜，而传统组网方案，供电电源集中到一个机房，进行集中供电，下面就各自的特点分别阐述如下。

3.3.1传统组网方案特点

传统组网方案具备方便维护、供电可靠等特点，具体情况如下：

优点：

1)      投资少

因为采用传统铅酸电池投资成本相关较低

2)  维护方便

传统集中备电模式，区别划分更清晰，维护更方便，传统供电示意图如下图4

图4传统供电机房布局示意图

3)  供电高可靠性

集中供电可采用2N配置双路由框架式结构，供电可靠性更高

缺点：

1）    建设周期长

2）    配电机房占用空间大

3）    设备利用率较低

前期可能要考虑到中、长期的网络机房供电进行配置电源设备，很长一段时间配电设备利用率较低

3.3.2 DPS组网方案特点

DPS组网方案具备体积小、重量轻、空间利用率高等特点，具体情况如下：

优点：

1）缩短建设周期

由于去除传统电池室、简化配电室结构，降低了机房承重要求，大幅缩短机房建设、改造周期。

2）节省空间

打破原机房集中备电模式、电源分布于每个机柜，节省的空间可用于部署服务器设备，提高了机房空间利用率；如下图5，省去电池室及配电后的示意图

图5 省去电池室及简化配电后机房示意图

3）更节能

采用封闭冷通道配合列间空调，实现精确降温，降低机房PUE值。真正意义实现IDC机房的模块化部署、免维护运行，大幅节约能源消耗。

4）配置更简单

减少了UPS主机设备投入，又可轻松实现2N配置功能的要求；后备电池减少投入，无需2N配置电池，只需按照N配置电池；

5）供电可靠性更高

可以实现一路市电掉电后，IT负载依然是双路供电；双路市电掉电后，IT负载依然是双路供电；单台设备故障，不会引起IT负载掉电；不相邻的多台设备故障，IT负载依然不会掉电；即使相邻的多台设备故障，也只有相应的机柜掉电，影响范围极小。

缺点：

1）    投资成本高

目前后备锂电池价格较铅酸电池相对较为昂贵

2）    维护不便

供电设备较为分散，不便于集中维护

3）    BMS系统控制较复杂

BMS系统保护及控制等需进一步完善

3.3.3两种方案比较

前面已经对UPS或高压直流集中供电方案与DPS分布式供电方案进行了详细的阐述，现就两种方案量化，对比图表如下表2

表2两种方案对比表

3.4模型分析

3.4.1概况

某省公司电信DC机房总面积140平方米，若按集中式电源配置，预估可布放30架左右，按分布式可布放46个左右，机房机柜布放测算对比图如下图6：

图6集中式与分布式机房布放对比图

  3.4.2投资回报测算对比

集中式要单独设置一个电力机房，预估要占用机房37m²左右，网络机房只剩下103m²，若分布式则一网络机房：140m²，电力室：0m²。

1）机架对比

按30个机架对比分析2种建设模式投资；集中式电源配置1套500A高压直流配电及2组240V/500AH蓄电池组；分布式配置一套高压直流DPS。每个机架的年收入按6万计算，机房面积按照140平方米计算。测试对比如下表3

表3  两种方案投资测试算对比如表

2）     增加投资的回报率分析

分布式电源的方案可以显著增加机房的网络机架数和单位面积收入，本机房中约为50%；使用分布式电源，一年左右即可收回增加的投资成本。

4、实例应用

4.1项目背景

雄安新区在2017年底急需在当地建设一个数据中心，解决新区管委会政务办公和部分互联网企业（阿里）在当地业务上线等迫切需求。根据新区建设管高标准、高质量的技术创新要求，当地三大运营商均为业主方（雄安投资）提供了解决方案，最终办公司为中国电信河北雄安分公司设计的“微模块+分布式电源”的方案获得业主青睐，助力中国电信赢得雄安新区首个IDC机房建设项目。

4.2系统方案

根据客户需求，设计采用1个保密微模块和2个普通微模块的方案，其中保密微模块运行管委会政务网等涉密业务，电磁屏蔽指标满足国家保密标准，达到机密级别；普通微模块运行阿里巴巴等公司的业务。供电系统采用分布式高压直流设备，体积小、效率高。整个方案除了服务器设备机房、值班监控室外，无独立配电机房，极大的节省了机房面积。雄安电信IDC机房的实景图如下图7所示。

图7  雄安电信IDC机房的实景图

4.3方案优势

雄安电信首个微模块数据中心项目采用“微模块+分布式电源”方案的优势如下：

1)  大幅缩短工期。客户要求的工期为45天，安装本方案，微模块和分布式电源均在工厂预制，现场直接安装，同时去掉了电池室、简化了配电室建设，客户的服务器并行拷机，大幅节省了时间。本项目共用时26天，使得客户的业务提前上线。

2)  降低了选择机房建筑的标准。一方面，分布式电源对机房承重要求大幅降低；另一方面，微模块封闭冷通道对机房密封性、整洁性要求大幅降低。该方案使得普通民用建筑都可改造成数据机房。本项目选择的机房建筑为当地一个普通工厂的厂房。

3)  大幅提高了机房利用率。本项目设备机房共占地240m²左右，其中还预留了1个微模块的余量，节省了将近80m²的电池和配电室，可用于后续扩容设备机房。机房利用效率显著，对城市中心机房建设参考意义重大。

4)  分步建设、按需部署。本项目采用分步建设方式，减少了客户的初始投资，后续2000m²预留机房可以根据客户业务增长情况，逐步按需部署，避免了传统方式下初始投资所购设备长期不饱和运行情况下的折旧风险，保护了客户的初始投资效率。

绿色节能环保。本项目采用封闭冷通道和高效列间空调，使得机房的PUE值远小于1.5，实现了绿色节能环保，符合新区建设绿色环保、高效节能的需求。

5、结束语

随着5G、云计算、以及IDC、边缘DC快速发展，如何建设绿色节能和经济高效的数据中心已经成为国内各大运营商及政企关注的重点。DPS供电技术方案前期在BMS系统的设计经验、算法、策略等方面还需要进行一步的进行完善，相信在不久就能得到很好的解决。DPS供电技术方案具备体积小、重量轻、空间利用率高、供电效率高、清洁无污染等优点，随着技术的不断成熟，将为下一代绿色数据中心供电系统的规划建设提供必要的支撑和驱动力。 

参考文献

 [1] 明德源能模块化数据中心解决方案[M],.北京明德源能,2019

[2]熊振华,向冲. 分布式电源(DPS)在IDC机房的应用分析[J]. 通信电源技术,2017,(2):

作者简介

韩  啸，现任中国电信亳州分公司电源技术主管，安徽省“江淮工匠”，省动力支撑专家，高级工程师，高级技师，工学 学士，研究方向为通信网络的安全、节能减排等。

王义和，现任中国电信合肥分公司电源技术主管，省动力支撑专家，工程师，研究方向为通信网络的安全、节能减排等。