星云智算园边缘数据中心：模块化 UPS 弹性扩容与能耗优化

项目背景
星云智算园位于华东数字产业带，一期 600 个标准机柜，二期规划 1200 柜。2024 年起，AIGC 推理与图形渲染业务快速增长，单位机柜功率密度从 6 kW/柜提升至 10–12 kW/柜，高峰期个别业务柜达到 15 kW。园区原有架构以传统整机式 UPS 为主，标准 10–15 分钟后备时间，电池房空间紧张。运营方希望在不停电的前提下完成弹性扩容，并把设施侧能耗压降 8% 以上。

痛点与目标

• 容量不均衡：不同机房、不同列功率爬坡不一致，局部“吃不饱/吃太饱”并存。

• 上游压力：IT 电源因脉动特性引发 THDi 与波峰因数压力。

• 电池不可视：老化程度、容量剩余缺乏数据化依据。

• 目标：实现“模块化弹性扩容 + 统一监控 + 预测性维护”，并在 6 个月交付窗口内完成不停电改造；设施侧能耗下降不少于 8%，SLA≥99.99%。

方案设计

1. 电力主架构：以 Eaton 93PR 模块化 UPS（25 kW/模块）在高密区替代整机式 UPS，形成“纵向抽屉式扩容 + 横向并机”的弹性平台；通用托管区沿用原两套 UPS，但新增并机旁路与同步逻辑。

2. 节能策略：启用 ESS/VMMS（节能与虚拟多模块待机）——低谷负载让部分模块进入高效待机，尖峰秒级唤醒；机柜温差与负载波动与策略联动。

3. 配电与母线：列头柜升级为 EPM 智能列头，实时监测支路电流与告警；新建区域采用 XAP-C 母线供电，缩短割接时间。

4. 电池体系：高密区采用高功率前置端子电池，其余沿用原 VRLA；全站接入 SOH/回充曲线监测，建立“寿命模型 + 温补策略”。

5. 动环与安全：统一 SNMP/Modbus TCP 接口接入平台，形成“UPS—配电—电池—冷源”四域看板；阈值触发短信/邮件/IM，多级抑制误报。

实施过程与难点

• 不停电割接：以“单列”为单位实施，夜窗割接 4 小时内完成“并机—抽换—回切”。每次仅迁移 25% 的关键回路，旁路、逆变、回切均设置即时回退路径。

• 共电池策略：对同列两台并机 UPS 采用共用电池柜，设置均衡充电与母线温度监测，避免环流。

• 谐波治理：对 7/11 次谐波水平较高的回路，通过整流侧参数优化 + 局部滤波，把 THDi 从 12% 降至 ≤5%。

• 演练：覆盖上游失电、单模块失效、有序关机脚本三合一演练，确保 SOP 可落地。

成效数据

• 效率：30–60% 负载段系统效率提升 3.1 个百分点；夜间谷段 ESS 触发率 78%，UPS 自耗电下降 ≈10%。

• 能耗：三个月滚动口径，设施侧能耗下降 9.3%，PUE 贡献下降 0.03–0.05。

• 可靠性：全年零掉载，MTTR 由 2.1 h 降至 28 分钟。

• 可视化：SOH 低于阈值的两组电池提前 60 天预警，避免一次潜在掉载。

运维与复盘

• 模块化的价值不止于“可扩容”，更在于可维护、可演练；

• 共电池要以均衡与热管理为前提，监控粒度要到“串”；

• 业务“脉动化”后，策略型节能（ESS/VMMS + 冷源联动）远有效于“单点高效设备”。