如今，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的 IT 通信已成為現(xiàn)代生活所依賴的重要基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心承載著為信息網(wǎng)站、AI人工智能應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲提供支持的服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為保障這些信息服務(wù)持續(xù)運轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)中心需要保持全年 24 小時不間斷的穩(wěn)定運行。即便是短短幾秒鐘的斷電/故障停機，也會對社會和企業(yè)造成嚴重的影響。

數(shù)據(jù)中心的可靠性與供電，成為了當下的熱點話題

那么，數(shù)據(jù)中心有什么關(guān)鍵系統(tǒng)？采取哪些電氣測試點檢措施來保障其用電安全且穩(wěn)定？

站在世界電氣測量行業(yè)的前沿，HIOKI日置將集其先進的測量技術(shù)和理念，匯集全球據(jù)點的經(jīng)驗方案，為數(shù)據(jù)中心及其上下游關(guān)聯(lián)客戶提供電氣測量解決方案，致力于解決行客戶的痛點難題，提升用電安全與能效。

自3月起，HIOKI日置將為大家?guī)怼禜IOKI日置數(shù)據(jù)中心精準測量解決方案專題》系列介紹。本文將介紹數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵系統(tǒng)和相關(guān)調(diào)試測試，同時介紹電氣測量儀器在在維持數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運行方面所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

數(shù)據(jù)中心與變電站

一、構(gòu)成數(shù)據(jù)中心的核心設(shè)備

數(shù)據(jù)中心的核心基礎(chǔ)設(shè)施主要分為三大類：

1. 供電設(shè)備
2. 冷卻空調(diào)設(shè)備
3. 服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

供電設(shè)備，冷卻空調(diào)設(shè)備，服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

01：供電設(shè)備

變電站、UPS不間斷電源、發(fā)電機

數(shù)據(jù)中心支撐著關(guān)鍵業(yè)務(wù)包括金融、云平臺和公共基礎(chǔ)設(shè)施，業(yè)務(wù)一旦中斷，損失將以秒計。

故而數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器與存儲系統(tǒng)需24小時不間斷運行，為保障供電穩(wěn)定，數(shù)據(jù)中心采用了高度冗余的電力架構(gòu)設(shè)計，其典型組成如下：

• 附近變電站的市政供電
• 不間斷電源（UPS）系統(tǒng)：可應(yīng)對短時停電
• 柴油發(fā)電機（Genset）：在長時間斷電期間提供電力。

這樣的設(shè)計下，當設(shè)備發(fā)生故障時，備用電源可以立即接管。

冗余性示例：兩套獨立的供電系統(tǒng)互聯(lián)

在頂級的供電配置中，供電系統(tǒng)從輸變電階段就分為兩個獨立系統(tǒng)，每個主要組件包括阿輸入市電線路、發(fā)電機、不間斷電源UPS、配電系統(tǒng)均是相互獨立的，形成雙重冗余。頂級可靠性的數(shù)據(jù)中心全年允許的停機時間僅為數(shù)分鐘。

02：冷卻空調(diào)設(shè)備

空調(diào)、冷水機組、冷通道、熱通道

服務(wù)器產(chǎn)生的熱量與其功率消耗成正比。如果服務(wù)器因發(fā)熱導致內(nèi)部溫度升高，可能導致故障或關(guān)機。因此，高效散熱是穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。冷/熱通道隔離是一種冷卻方案，它通過分離服務(wù)器的進氣和排氣路徑，防止冷熱空氣混合。功耗持續(xù)攀升是數(shù)據(jù)中心面臨的難題之一，大型數(shù)據(jù)中心的冷卻空調(diào)功耗占比極高，因此提升冷卻效率對數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行與節(jié)能降耗而言，都具有至關(guān)重要的意義。

03：服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

服務(wù)器、GPU圖形處理器、PDU電力分配單元、機柜

數(shù)據(jù)中心的主要 IT 設(shè)備主要通過機柜進行組織，機柜內(nèi)包含：

• 服務(wù)器、圖形處理器（GPU）等計算節(jié)點
• 電力分配單元（PDU）
• 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與結(jié)構(gòu)化布線

AI人工智能計算顯著增加了機柜的功率密度，現(xiàn)在許多機柜的功率需求達到10-20 kW甚至更高。這就要求服務(wù)器供電系統(tǒng)能夠支持大電流驅(qū)動以及應(yīng)對負載的突發(fā)波動，也正因如此，電壓調(diào)節(jié)器、多相轉(zhuǎn)換器、多層陶瓷電容器（MLCC）等高性能供電元器件的市場需求不斷攀升。

二、調(diào)試測試

新建數(shù)據(jù)中心需通過一套調(diào)試（Commissioning）的驗證流程，確保大量設(shè)備與系統(tǒng)能夠協(xié)同正常工作。

調(diào)試流程分為 1 至 5 級共五個階段，按順序依次開展【設(shè)備工廠測試】-【現(xiàn)場安裝確認】-【單機測試】-【系統(tǒng)/子系統(tǒng)測試】-至【實際負載下的綜合運行測試】完成全部調(diào)試。

L1-L5每個階段均需使用電氣測量儀器進行驗證，確認設(shè)備與系統(tǒng)的運行是否符合設(shè)計標準。各階段的具體驗證要求會因業(yè)主與開發(fā)商的需求不同而存在差異，需逐一確認。

我們將從日置為調(diào)試測試提供的眾多解決方案中，選取2個典型案例進行介紹。

HIOKI日置的測量解決方案介紹

01

不間斷電源（UPS）、發(fā)電機（Genset）的運行測試

L5的綜合系統(tǒng)測試的典型場景之一，是模擬主電源斷電的情況。若數(shù)據(jù)中心運行中主電源突然中斷，系統(tǒng)將執(zhí)行以下操作：

• 所有不間斷電源立即切換至電池模式，維持負載供電。
• 所有發(fā)電機啟動，并在數(shù)秒內(nèi)接管負載供電。
• 同時，測試也會模擬極端場景，例如停電過程中備用供電線路發(fā)生故障的情況。

• 供電備份示意圖：工頻電源中斷時，不間斷電源將提供數(shù)分鐘的備用電力，發(fā)電機在該時間段內(nèi)完成啟動，確保數(shù)據(jù)中心無停機時間。

• 使用日置的電能質(zhì)量分析儀 PQ3198 開展負載波動測試的案例：無論負載電流如何波動，電壓始終維持在穩(wěn)定數(shù)值。

02

發(fā)電機和UPS備份設(shè)備的工廠驗收測試（FAT）

L1工廠驗收測試（FAT）是發(fā)電機、UPS不間斷電源等備份設(shè)備必須實施的，核心測試項目如下：

• 電壓與頻率的穩(wěn)定性
• 切換過程中的瞬態(tài)響應(yīng)
• 諧波指標
• 運行效率

測試過程中還會遵循國際標準開展，采用HIOKI電能質(zhì)量分析儀PQ3198、功率分析儀PW8001、存儲記錄儀MR6000等測量儀器，保證精準測量，確保數(shù)據(jù)的一致性。

總結(jié)

數(shù)據(jù)中心是是數(shù)字時代的信息心臟，要求全天候24 小時不間斷穩(wěn)定運行，全尤其是超算數(shù)據(jù)中心，對冗余配置與超高運行率有著嚴苛要求。調(diào)試測試通過五個階段的層層驗證，確保核心系統(tǒng)按照設(shè)計標準穩(wěn)定運行。

HIOKI日置的測量儀器在整個調(diào)試流程提供全方位的解決方案，助力實現(xiàn)高可靠性的驗證工作。精準、可靠的測量，是保障數(shù)據(jù)中心安全、穩(wěn)定、高效運行的關(guān)鍵。