电网质量对数据中心的影响

　　数据中心离不开电，没有电能数据中心的任何设备都无法运转，而且数据中心对电能的需求是巨大的，一个中型数据中心运行一天就要消耗掉十几万度的电。很多人只关注数据中心的高能耗问题，想方设法减少数据中心电的使用量，但是都忽略了一个问题，就是电的质量。我国还是一个发展中国家，经济的大发展需要大量的电力供应，工业负荷也不断大量增加，如：大型电力电子应用装置、变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等，这些工业负荷对整个城市的电网质量都带来大量的谐波干扰，随着这些非线性、冲击性负荷的大量使用，使得电能质量变得更加突出。这些年在城市里很少遇到大面积的停电，但是电压的波动就时有发生了，比如家里的灯泡突然变得忽明忽暗，尤其是到了夏天用电高峰期，总感觉家里的灯泡不是那么亮，实际上这时电网的电压运行在较低的水平，在输出电流不变的情况下，灯泡的功率就低了，看起来也就不会那么亮了。数据中心里有不少的精密仪器，对电网运行质量较敏感，设备长期在这种供电环境下运行，会大大缩短设备的使用寿命，增加数据中心设备故障率，有时供电的波动也会造成设备无法正常运行，造成业务中断。

　　美国曾经做过这样的实验，得出一般低压配电线在14个月内在线发生超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数可达到800次，这样每个月差不多57次，其中超过1000V的浪涌就有300多次，在我国由于电网质量本身就差，出现高浪涌的频率就更高了。除了电网本身质量对数据中心供电造成了波动，数据中心供电波动也有相当一部分原因来自于雷电，我国也是一个雷电高发地区，数据中心设备的电力线路上很容易遭受到直击雷和感应雷的冲击，这样加剧了电网的波动。当雷击中高压电力线路后，经过变压器耦合到低压测，进而入侵到数据中心的供电设备上。按照标准要求，一切数据中心里运行的设备必须接地，并具有防雷装置，避免雷击。表1列举了造成电网波动的几大来源，这样的电压波动显然会对设备造成冲击，影响设备的正常运行。

　　表1：造成电网波动的来源

　　电网除了电压上的变化，还有不少其它的影响，这些都对数据中心设备电源的运行造成了干扰。归结起来主要有以下7种情况：

　　1.跌落。一般是由重载接通、电网电压低下造成的，这时供电电压出现了突然的降低。数据中心对设备要求有承受跌落的能力。衡量的标准是电压跌落的幅度和时间，一般要求电压跌落至20%额定电压时，设备能保持正常运行0.625S。这个数据参考了UPS的切换时间，UPS的供电切换时间可以达到几百毫秒以内，当发生跌落时，可以在UPS将供电从一路切换到另一路的时间内，设备保持正常运行。

　　2.失电。一般是由气候恶劣、变压器故障造成的。失电是指由于线路故障而引起的失电开关跳闸，又在很短的时间内迅速消除，这个过程往往在几个毫米内就完成。失电比跌落要严酷，相当于在短时间内设备完成没有供电，只是持续的时间要比跌落短。设备要做到不受失电的影响，就需要设计有一个大电容。在失电发生时，电容接管供电进行短时的放电，维持设备运行，当然具有这样功能的基本都是承载核心业务、关键业务的高端设备。

　　3. 频率偏移。一般是由发电机不稳定，区域性电网故障导致。造成频率偏移主要是由于过负荷和发生谐振。频率质量是电能质量的一个重要指标，国家电力工业技术管理法规规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过正负0.2Hz，而国外都要求不得超过正负0.1Hz。当频率降低时，无功功率负荷将增大，这将促使电压水平的下降。频率过低失，会造成大面积停电。当频率发生大幅度偏移时，将会影响数据中心设备的正常工作。

　　4.电气噪声。一般是由雷达、无线电信号、工业设备生产的弧光、转换器和逆变器造成的。数据中心里都是清一色的用电设备，在运行时必然会产生一些非本意用途的无规则的微弱电流、电压或电磁场等。为了消除这些噪声对周围设备的影响，都会要求设备运行时漏电流、电压不能过大，对设备的漏电流大小也有明确要求。当我们用手触碰一些设备时，有时会被电到，要么是设备没有很好的接地，要么是设备的漏电流过大，不符合标准要求。