2.3.1 数据中心低压配电系统

数据中心低压配电系统与其他民用建筑比较，要求具有更高的可靠性。根据为IT设备配电的UPS配置形式的不同，除C级数据中心机房配置基本系统形式（N）外，B级及以上机房的低压配电常常用到以下几种形式：N+X（X=1～N）系统、2N系统、分配式冗余系统（DR系统）和模块式冗余系统（RR系统）。

1.基本系统（N）

当X=0时，配电架构称为基本型，是指在整个供配电系统中，关键设备和线路均能满足IT负荷的基本需求，没有冗余，任何环节发生故障将直接影响IT负荷的正常运行。架构如图2-3-1所示。

2.冗余系统（N+X）

当N＞X≥1时，配电架构称为冗余型，是指供电系统满足基本需求外，增加了X个组件、X个单元、X个模块或X个路径。当某些设备或线路发生故障时，备用的组件、单元、模块或线路为IT负载供电，当单台UPS发生故障时，IT负荷运行将不受影响，若单台UPS发生故障或单路UPS输出故障，IT负荷均不受影响，但UPS总输入发生故障时，蓄电池放电完毕后，IT负荷将受影响。架构如图2-3-2所示。

当UPS的供电电源引自同一变压器时，俗称假双路型，是指UPS系统按照2N架构进行配置，但仅一路市电为整个系统供电，该架构在一路市电和柴油发电机运行正常，而UPS系统发生单点故障时，IT负荷的运行不受影响，但在市电和柴油发电机同时发生故障时，IT负荷在电池耗尽后将宕机。假双路型架构可满足B级数据中心供电要求，架构如图2-3-3所示。

3.容错系统（2N）

N指的是基本容量，X指的是冗余备份容量。以2N系统（X=N）为例，设备正常运行时，每组UPS承担负荷侧50%负荷，当其中一组故障时，另一组可以满足全部IT负荷的供电需求。N+X系统结构简单，可靠性较高，是数据中心常用的系统形式。但N+X系统配置的UPS容量较大，在正常运行时负荷率较低，导致利用率不高，另外也导致了相应制冷空调负荷容量的增加，投资相对较大。2N系统单线接线方式如图2-3-4所示。

在此基础上，容错型配电架构有多种形式。如图2-3-5所示，供电系统具有两套完整的变压器和UPS系统，至少一套系统在正常工作。图2-3-5a为两路简洁的配电架构；图2-3-5b加入了ATS，可以实现双路切换；图2-3-5c采用一路市电和一路UPS配电架构，可实现故障时快速切换；图2-3-5d中同时加入了ATS和静态转换开关（STS），大大提高了配电冗余度，但是也牺牲了一定的经济性。

4.RR系统

RR系统每组负荷由单独的一组UPS系统供电，每组UPS均能满足对应负荷的要求。在此基础上，另外设置一组UPS系统给所有的带负荷UPS系统作为冗余备份。RR系统UPS负荷率很高，但RR系统复杂，系统构建要求较高，需要配置大量STS设备，运行维护难度相对大。图2-3-6所示的RR系统中，从变压器开始一直到UPS以及UPS输出侧有一整套冗余系统（位于最右侧）。其余3套为主用系统。负荷率为100%、100%、100%、0%。当任何一套主用系统出现问题时，则通过末端的STS将负荷全部转移到冗余系统上。简单来说，这是一个系统3+1的冗余。此方案的优点较2N系统降低了变压器以及UPS等相关下游设备的冗余数量，但是如果需要将外电容量全部用满，则需要多出一套系统（含变压器、低压柜、UPS系统）。这样在供电申请时会出现变压器的装机容量大于实际的外电申请容量，可能在部分区域实施有困难。

这样的做法冗余逻辑较为简单，便于运维人员控制每套系统下的负荷率。但是系统冗余只能满足一套系统的故障切换，如再次出现故障，则故障系统都将出现宕机。在某些情况下为了节约投资，可以将第二路的STS省去，详见图2-3-7。

5.DR系统

DR系统根据负荷容量配置3组或者3组以上的UPS，设备正常运行时，每组UPS均匀承担负荷容量，当其中一组UPS故障时，另外几组承担全部负荷。DR系统使UPS的负荷率有所提高，损耗较少，投资相对较少。但DR系统要求正常情况下负荷分配相对均匀，当需要增加负荷时都要根据实际负荷平衡增加，UPS分配的组数越多，负荷分配的难度越大。系统相对大，且相互联系性强，分期建设不灵活。DR系统单线接线方式如图2-3-8所示。正常运行时，系统负荷率分别为66%、66%、66%。

如2号系统出现故障，则系统负荷率变为100%、0%、100%，如图2-3-9所示。

DR系统较RR系统投资更优，因为省去了昂贵的大电流STS设备的投资，但是对于负荷分配要求较高。如果对于一个需要频繁上、下架服务器的数据中心来说，有效控制每套系统的负荷率是一个挑战。如果想使用满外电容量，同样面临着实际安装的变压器容量超过外电申请容量，因此同样面临当地供电部门的审批。