随着信息技术的飞速发展，数据中心的规模持续扩大、数量不断增加，其能耗问题也备受关注。数据中心的能耗主要集中在IT设备、制冷系统和供配电系统三个方面。因此，对数据中心供配电系统开展节能优化，不仅有助于降低数据中心的运营成本，还能提高能源利用效率，减少碳排放，推动数据中心的可持续发展。本文简要叙述数据中心供配电系统节能优化的意义，并且从架构设计、硬件选型、运行管理等角度，详细探讨供配电系统的节能优化措施，以期为数据中心的节能改造和建设提供参考。
一、数据中心供配电系统节能优化的意义
(一)降低运营成本
数据中心的能耗结构主要包括三个部分，即IT设备、制冷系统和供配电系统，其中供配电系统能耗占总量10%—15%。通过优化供配电系统，可以有效降低系统的能耗，从而显著减少电费支出。另外，优化供配电系统可以减少设备的运行负荷和故障率。例如，通过合理设计供电电压和配电环节，可以降低设备的电压波动和电流冲击，从而延长设备的使用寿命。
(二)提升能源利用效率
数据中心开展供配电系统的节能优化，有助于提升能源的利用效率。其一，提高系统效率。数据中心供配电系统借助高效的节能设备和技术，能够有效降低能量转换和传输过程中的损耗，从而显著提高供配电系统的整体效率。其二，优化系统设计。通过合理设计供配电系统的架构，如简化配电环节、变压器深入负荷中心等，可以减少电力传输过程中的能量损耗。其三，智能管理和控制。在供配电系统中引入智能化技术，能够构建智能监控和管理系统，从而实现对供配电系统的实时监控和智能控制，从而提高能源利用效率。
(三)减少碳排放
在全球气候变暖的背景下，减少碳排放已成为各国政府和企业的共同责任。数据中心作为高能耗行业，其节能优化对于实现全球碳减排目标具有重要意义。通过在数据中心行业内推广供配电系统的节能优化技术，能够为全球碳减排做出积极贡献。数据中心的能耗主要来自电力消耗，而电力的生产过程中会产生大量的二氧化碳。通过优化供配电系统，降低电力消耗，可以有效减少数据中心的碳排放，降低其对环境的影响。
二、数据中心供配电系统节能优化的可行措施
结合数据中心特征和节能要求，数据中心供配电系统的优化设计应当从系统架构、硬件选型、运行管理、能源优化四个维度入手，构建闭环式的优化模式，实现整个供配电系统节能效果的整体提升。
(一)优化供配电系统设计
1.系统架构设计
数据中心可采用DR配电架构，这一架构相比传统的2N架构，能够减少变压器数量需求，提高UPS的负载率，进而提升UPS效率，降低损耗。
IT配电系统可采用市电+UPS(HVDC)混合架构，利用市电直供降低IT配电系统损耗。市电正常时，整流模块将交流电转换成高压直流电，为IT设备供电并给蓄电池充电；市电异常时，由蓄电池供电。
2.供配电系统设计
第一，合理选择供电电压。根据数据中心的送电距离、负荷容量和电源性质，合理选择供电电压。例如，大中型数据中心可采用10 kV或更高电压等级的供电方式，有效降低线路电流，从而减少线路损耗。第二，简化配电环节。优化数据中心的平面布局，实现供电路由的简捷化，减少配电开关级数。可采用预装式一体化电源系统代替传统的独立变配电系统，缩短供电距离，减少配电环节，节约占地面积，同时提升系统效率。第三，变压器深入负荷中心。将变压器设置在靠近负荷中心的位置，可以有效减少低压线路的损耗。对于多层布置的数据中心，变压器应尽量设置在各个机房层，以缩短低压线路的送电距离。
(二)开展节能设备选型
1.变压器选型
数据中心可根据《电力变压器能效限定值及能效等级》(GB 20052-2020)标准，选用能效等级1级的低损耗、低噪声变压器；还可合理利用变压器的过载能力，降低变压器的配置容量，减少系统的变压器空载损耗，从而体现节能效果。
2.UPS选型
UPS可选用输入功率因数≥0.99、谐波含量≤3%的节能型高频UPS。这类高频节能UPS的运行效率可达96%以上，即使在低负载区间也能保持较高的效率。此外，模块化UPS具有休眠功能，可以根据实际负载率调整功率模块的投入比例，使功率模块始终保持在高负载率下运行，从而降低UPS损耗。
3.智能小母线和高倍率蓄电池
采用智能小母线可实现灵活的配电和负载分配，提高系统的可靠性和可维护性。高倍率蓄电池则能够在短时间内提供大电流，满足数据中心设备的瞬间高功率需求。同时，也能提高系统的稳定性和可靠性。
4.照明系统选型
数据中心要优先选用功率因数＞0.9的节能型LED照明灯具，充分利用自然光源，减少照明系统中的光能损失。智能照明控制系统则可采用集中、分散控制相结合的模式。例如，公共区域采用楼宇集中控制，机房区域则采用智能灯控系统或楼宇自动化控制，灵活调整照明照度，实现节能降耗。
(三)优化运行管理措施
1.优化UPS运行模式
传统UPS系统运行采用的是在线双变换模式，运行效能不足，能源损耗较大。对此，一方面，对于采用双总线供电模式的UPS系统，可设计节能运行的休眠模式。例如，供配电系统由两台825kVA的UPS构成双总线供电，每个UPS内含三个275kVA的模块，正常情况下三个模块的负载率小于33%。通过让部分模块休眠，可使负载率提高至50%，从而提升UPS效率，确保其始终处于高效率工作状态。另一方面，当电网电压稳定在UPS允许输入电压范围内时，可采用旁通式ESS节能运行模式。此时，逆变器不关闭，而是作为无功补偿环节继续工作，能够有效抑制电网中的干扰，运行效率可达97%以上。
2.优化照明系统
第一，可应用智能照明控制系统。如利用红外传感器、光照度传感器等设备，根据人员活动和环境亮度自动调节灯光亮度或开关状态；或根据数据中心不同区域的照明需求，采用分区控制策略，实现分时段开关照明功能。第二，合理规划照明布局。在设计照明系统时，应合理布局灯具，避免出现照明重叠区域，确保照明效果的同时减少不必要的能源消耗。根据数据中心的实际环境和设备布局，适当调整灯具的安装高度和角度，使其能够更好地覆盖各个区域，提高照明效率。
3.智能化运行管理
数据中心可部署智能化运管中心，达到系统性的节能效果。中心可部署智能化监控系统，对供配电系统中的设备运行状态、能耗数据等进行实时监测。通过大数据分析技术，对采集到的数据进行深度挖掘和分析，识别出能耗异常点和潜在的节能优化节点。利用远程控制技术，自动调整设备的运行状态，实现自动化节能操作。还可根据数据中心的业务需求和能耗情况，智能调度供配电系统中的设备。例如，在低谷时段，适当降低设备的运行功率，减少能耗；在高峰时段，合理分配负载，确保设备的稳定运行。
(四)利用可再生能源和储能技术
1.可再生能源的利用
一方面，数据中心可以开展分布式能源接入。在数据中心的屋面及园区空余场地部署分布式光伏发电系统，利用光伏发电或风力发电的方式自备清洁可再生电厂，自发自用，减少碳排放。或推行源网荷储一体化模式，即构建独立的微电网，实现新能源的就地接入和消纳，同时配置储能模块来满足新能源消纳及调节电力供需平衡要求。另一方面，数据中心可推动能源采购和交易。数据中心可与可再生能源电站签署绿电直供和长期采购协议，为数据中心提供可持续能源。
2.储能系统的应用
数据中心要完善储能系统配置，根据应用场景的差异选择合适的配置方案。对于供配电系统用电负荷较大的数据中心，可采用大型集中储能高压侧接入方案，从而满足峰谷电价运行控制、充放电精细控制等需求。针对用电负荷较低的数据中心，可采用低压侧储能系统，从一个数据中心机房或一个集中供电单元低压侧接入，融入直流母线系统。
三、结语
在可持续发展和“双碳”目标下，数据中心要高度重视供配电系统的节能优化，积极完善供配电系统架构，优化硬件设备选型，合理利用可再生能源和储能系统，构建绿色低碳、节能环保的供配电新范式，从而推动数据中心的绿色、高效发展。
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