人工智能技術的廣泛應用，給數(shù)據(jù)中心的供配電基礎設施建設帶來顯著變化。從我國大型金融數(shù)據(jù)中心的情況來看，其主要生產(chǎn)和災備數(shù)據(jù)中心聚集地仍然以北京、上海兩地為主。相比于西部和北部地區(qū)，北京、上海等城市土地資源稀缺，能耗指標緊張，年平均氣溫較高，新建數(shù)據(jù)中心的能源利用效率(PUE)受到嚴格限制，因此金融數(shù)據(jù)中心面臨的節(jié)能降耗問題比較突出。同時，金融數(shù)據(jù)中心業(yè)務資金量大，一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)問題將造成重大經(jīng)濟損失和社會影響。綜上，金融數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)宜選用安全、穩(wěn)健的綠色節(jié)能技術。

傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)在占地面積、交付周期、施工質(zhì)量、集成監(jiān)控等方面存在諸多痛點，因此，構建一個經(jīng)濟、高效、安全和智慧的供配電系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)中心來說至關重要。在金融領域，一些大型金融機構特別關注電力模組落地后是否可以兌現(xiàn)其宣傳的價值。同時，不少金融機構基于具體場景論證預制式電力模組方案應用在項目中的可行性，部分大型金融機構已經(jīng)嘗試采用預制式電力模組方案。在運營商和IDC領域，預制式電力模組已經(jīng)得到較為廣泛的應用。

本文將對預制式電力模組的特點和價值進行分析，從多個角度探討如何構建一個經(jīng)濟、高效、安全和智慧的供配電系統(tǒng)，并對預制式電力模組在金融數(shù)據(jù)中心的實際應用提出相關建議。

一、傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)的痛點

1.變配電室與IT機房面積比發(fā)生逆轉

追求IT機房面積占比的最大化，即盡可能減少輔助區(qū)的占地面積，一直是數(shù)據(jù)中心設計的主要訴求之一。在數(shù)據(jù)中心總面積不變的情況下，IT機柜的單機柜功率越高，則變配電室的面積越大，能建設的IT機柜數(shù)量就越少。

在傳統(tǒng)金融數(shù)據(jù)中心單機柜功率為2.5～5kW的情況下，變配電室占地面積一般為IT設備占地面積的1/4左右;而當單機柜功率提升至目前大型金融數(shù)據(jù)中心主流的8kW時，變配電室占地面積將達到IT設備占地面積的1/2左右，隨著智算中心機柜功率的快速提升，變配電室面積的占比也隨之顯著提高。以1個基于英偉達HGX平臺的千卡集群智算中心為例，配置128臺智算服務器，每臺服務器配置8個H100 GPU(PSU采用4+4冗余)，每個服務器機架放置2臺智算服務器(最大功耗20.4kW)，則智算中心IT總功耗1411.2kW(計入網(wǎng)絡和管理設備功耗)，可提供約1000P(16FP)稠密算力。IT機房占地面積約334m2，變配電系統(tǒng)采用2N架構，配置2套2000kVA傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)，變配電室占地面積約470m2，變配電室占地面積達到IT設備占地面積的1.4倍左右。

變配電室占地面積從IT設備占地面積的1/2左右到其1.4倍，可見20kW機柜功率下的變配電室面積是8kW時的近3倍。隨著AI驅動IT機柜的高密化，優(yōu)化變配電室占地面積是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)發(fā)展的一個必然方向。

2.交付周期長，施工質(zhì)量隱患多

傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)的中壓開關柜、變壓器、不間斷電源、低壓配電柜等設備需要分散采購，安裝就位時要相互等候匹配，不同設備安裝人員之間均需要對接交底，從而延長了系統(tǒng)的整體交付周期。

傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)不間斷電源與上下級的低壓輸入輸出配電柜一般采用多拼電纜連接，多拼電纜必須保證每根電纜的長度一致，現(xiàn)場操作過程繁瑣且耗時漫長，易出現(xiàn)連接不穩(wěn)固、接觸不良等問題，為后續(xù)系統(tǒng)運行埋下安全隱患。同時，供電系統(tǒng)的搭建需要總包商及各供應商互相協(xié)作，交叉工序多、界面分割難，施工階段易埋下漏項隱患。

3.設備接口多且分散，集成監(jiān)控工作繁瑣

傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)的繼保裝置、變壓器溫控器、多功能表計、SVG、APF等設備分散且接口不一，需在現(xiàn)場分別接入上級電力或動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，智能化集成工作繁瑣。

二、預制式電力模組相關行業(yè)規(guī)范及政策支持

為解決傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)的痛點，預制式電力模組等創(chuàng)新解決方案應運而生。行業(yè)規(guī)范及政策的支持，為預制式電力模組快速發(fā)展提供了理論依據(jù)和指導方向：

一是《上海市數(shù)據(jù)中心建設導則(2021版)》指出，供配電系統(tǒng)宜采用預制化電力模塊(組)解決方案；二是《國家工業(yè)和信息化領域節(jié)能技術裝備推薦目錄(2022年版)》顯示，信息化領域節(jié)能技術推薦采用電力模塊(組)；三是2022年9月，中國電子節(jié)能技術協(xié)會發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心電力模塊預制化技術規(guī)范》團體標準正式施行。

此外，中國泰爾實驗室依據(jù)其《電力模塊產(chǎn)品認證實施規(guī)則》從系統(tǒng)外觀及總體評估、系統(tǒng)性能指標測試、系統(tǒng)功能測試、系統(tǒng)可靠性測試、系統(tǒng)安規(guī)、系統(tǒng)監(jiān)測、傳輸及控制、系統(tǒng)配電技術等多個方面對預制式電力模組產(chǎn)品進行全面檢測，為其質(zhì)量和性能提供保障，推動了行業(yè)規(guī)范化發(fā)展。

三、預制式電力模組的價值剖析

作為創(chuàng)新的供配電解決方案，預制式電力模組展現(xiàn)出較強的競爭力和創(chuàng)新力，正在引領行業(yè)的變革。以下結合一個較有代表性的預制式電力模組方案，探討預制式電力模組的特點和價值。

該模組為一套IT-2.5MVA系統(tǒng)，整體長度為13.8m，高度2.5m，深度1.0m(變壓器深度1.5m)，其高度由2m的設備柜本體和0.5m的母排倉組成。從左往右依次為變壓器、進線柜、聯(lián)絡柜、補償柜、UPS輸入柜、4臺600kVA交流UPS、UPS輸出柜、維修旁路柜和饋線柜(如圖1所示)。

圖1 某IT-2.5MVA系統(tǒng)預制式電力模組方案

1.經(jīng)濟——空間資源利用更充分

以1個225機架、單機架功率8kW的金融數(shù)據(jù)中心包間為例，采用2套2.5MVA傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)方案時，通過將實際設備擺放到配電室中，按照國標要求預留出過道空間之后，得出配電室的長度為15.1m，寬度為7m，變配電室占地面積為2×15.1×7≈212m2；若替換為2套2.5MVA預制式電力模組方案，配電室的長度為18.4m，寬度為4.3m，變配電室占地面積為2×18.4×4.3≈159m2。相比傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)方案，采用預制式電力模組方案節(jié)省配電室面積接近30%，節(jié)省出的空間可以部署更多服務器等核心設備，從而可大大提升數(shù)據(jù)中心的空間資源利用率。

2.高效——交付速度更快

預制式電力模組方案交付周期為2周左右，相比傳統(tǒng)方案1個月左右的交付周期，可至少節(jié)省50%的時間。同時，預制式電力模組設備可迅速完成安裝和調(diào)試，讓數(shù)據(jù)中心更早投入運營。此外，相較于傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)，預制式電力模組在招標環(huán)節(jié)也能夠減少大量工作流程，在后續(xù)的運維過程中，還能夠降低溝通成本和相互扯皮的可能性。

3.安全——交付質(zhì)量更高

在工廠內(nèi)，預制式電力模組已通過標準化的生產(chǎn)流程以及嚴格的質(zhì)量檢測手段，確保了設備具有穩(wěn)定可靠的性能，從而降低了因現(xiàn)場施工人員水平參差不齊帶來的風險。

4.智慧——集成程度更高

預制式電力模組先是在本地將模組內(nèi)的各個組件進行集成，再通過通信交換機采用標準通信協(xié)議接入電力或動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。由于上級系統(tǒng)無需對接南向的各類設備，所以系統(tǒng)架構得到了明顯的簡化。

通過智能電力監(jiān)控管理系統(tǒng)，預制式電力模組可實現(xiàn)對電力設備的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和故障診斷，并可迅速定位故障點、縮短故障排查時間。此外，智能電力監(jiān)控管理系統(tǒng)具備全鏈路溫度檢測功能，可實時上傳顯示溫度，并記錄運行歷史曲線，顯著提高運維管理的效率和準確性。

5.靈活——可在線維護、可硬件解耦

針對預制式電力模組中各組件生命周期不一、更新其中某一組件的同時整套系統(tǒng)仍需正常工作的難點，通過硬件可解耦的架構，可實現(xiàn)UPS整機在線不斷電更換，避免了因設備維護和更新而導致的業(yè)務中斷，從而為用戶提供持續(xù)穩(wěn)定的電力保障，有效滿足金融數(shù)據(jù)中心的運維需求。

6.綠色——整體效率提升

預制式電力模組采用銅排連接，整套系統(tǒng)長度更短，所以損耗較傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)可降低近1%。雖然看似下降比例不大，但對于長期運行的數(shù)據(jù)中心而言，1%的損耗降低仍然能夠帶來較為顯著的節(jié)能和降本的效果。

四、預制式電力模組建構的注意事項

1.關注系統(tǒng)架構和元器件選擇

預制式電力模組方案和傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)的低壓配電方案相比，各組件設備基本相同，因此系統(tǒng)架構和元器件選擇是預制式電力模組技術應關注的重點。首先，不建議為追求極致的空間而過度省略原有架構中的重要組件；其次，元器件應選用MTTR低、可用性高、便于檢修的產(chǎn)品；最后，無論采用什么架構和元器件，建議對整個模組進行短路電流計算及選擇性驗證，有條件的可進行計算機電力仿真，以確保系統(tǒng)的準確性和安全性。

2.關注金融客戶的運維習慣

預制式電力模組方案可能對金融機構的運維習慣產(chǎn)生一定影響，例如部分金融機構習慣主路和靜旁路分開開關操作運維等。在選擇預制式電力模組方案時，需要提前告知金融機構方案的整體架構、優(yōu)缺點等信息，視其接受程度靈活調(diào)整模組架構和選型。

3.關注組件的升級迭代

由于不間斷電源和輸入輸出低壓柜并柜放置，所以預制式電力模組方案和傳統(tǒng)供配電方案相比更需要關注組件的升級迭代能力。升級產(chǎn)品需要具有兼容的、標準化的接口，且與之前產(chǎn)品尺寸一致，以降低升級迭代帶來的系統(tǒng)風險。

預制式電力模組是對現(xiàn)有供配電設備的集成及優(yōu)化，順應數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)綠色低碳的發(fā)展趨勢。在不降低安全可靠性的前提下，預制式電力模組方案可充分利用土建空間和電力資源，顯著縮短交付周期，適量降低能耗和施工碳排放。隨著技術的不斷進步和市場需求的持續(xù)增長，預制式電力模組有望進一步升級和完善，為各行業(yè)的發(fā)展提供更加強有力的電力保障。