數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案

 徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司  上海  嘉定 201801）

    引言

數(shù)據(jù)中心是一個聚集了大量服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備及配套UPS、精密空調(diào)等設備的IT設備場所，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、傳輸、交換和集中管理等業(yè)務的服務平臺。從物理層次看，數(shù)據(jù)中心主要由IT設備、配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)三部分組成。IT設備用于數(shù)據(jù)處理(服務器)、數(shù)據(jù)存儲(存儲設備)以及通訊(網(wǎng)絡設備)，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心功能的核心部分；配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)是實現(xiàn)IT設備系統(tǒng)的正常運行的保障。配電系統(tǒng)用于提供穩(wěn)定的供電電源，實現(xiàn)直流一交流轉換，并確保為IT設備提供可靠、高質(zhì)量的電源；供電電源質(zhì)量的好壞直接會影響到IT設備的安全運行，空調(diào)系統(tǒng)確保IT設備在正常的溫度和濕度下工作。

1 數(shù)據(jù)中心用電規(guī)模及特點

近年來，各行業(yè)業(yè)務處理對信息技術的依賴不斷增加，數(shù)據(jù)中心市場逐漸擴大，投資規(guī)?？焖僭鲩L，對用電的需求也逐年增加，通過對數(shù)據(jù)中心用電情況的分析，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心用電主要呈現(xiàn)以下幾個特點：

1.1 數(shù)據(jù)中心用電可靠性是數(shù)據(jù)中心核心要求，需要完備的故障處理機制保證其可靠穩(wěn)定的運行。所以在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中，除了正常的配電系統(tǒng)中采取的雙回路獨立電源供電之外，還在數(shù)據(jù)中心配備事故備用柴油機發(fā)電機、大容量UPS等，同時在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)故障處理機制方面，會考慮到供電電源失電、母線故障、開關跳閘和開關柜動等一系列非正常情況下如何zui大限度地滿足設備用電可靠性的要求。

1.2 數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)較一般建筑配電系統(tǒng)更加復雜，正是由于以上用電可靠性的特點，所以在與一般建筑配電系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)增加了柴油發(fā)電機、大容量UPS等，使得其結構上也更加復雜。

1.3 數(shù)據(jù)中心用電呈現(xiàn)大規(guī)模、高密度的趨勢，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為新的“電老虎”，根據(jù)美國環(huán)保署報告，2011年美國的數(shù)據(jù)中心全年累計耗電1000億kwh，占全美當年總耗電量的1.5%，電費約74億美元，數(shù)據(jù)中心耗電量同樣驚人，據(jù)IDC報告，2005年數(shù)據(jù)中心的耗電量是用電量的0.8%，同時單個已經(jīng)上升到萬千瓦級別，數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模發(fā)展、高密度的發(fā)展，這樣就會增加數(shù)據(jù)中心配電柜要求。

2 數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案

根據(jù)以上數(shù)據(jù)中心的用電規(guī)模及特點，數(shù)據(jù)中心用電管理顯的尤為重要，一套合理的解決方案不僅可以保障數(shù)據(jù)中心用電安全，還可以大大提高數(shù)據(jù)中心用電能效，下圖為常見數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)圖，大致可分為電源自動控制系統(tǒng)、精密配電監(jiān)測系統(tǒng)和精密配電柜監(jiān)測系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都會呈現(xiàn)不同的用電特點。針對不同控制系統(tǒng)，我們將采取不同解決方案。

    圖1數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)圖

2.1 電源自動控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)按照不同設計要求，在不同場景下實現(xiàn)電源之間的切換控制功能，為數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供電電源，我們采用電力監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-2000，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對中低壓柜上的保護測控裝置、多功能電力儀表、溫控儀、直流屏以及其他各種能通過通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監(jiān)控系統(tǒng)的設備進行數(shù)據(jù)監(jiān)控，本系統(tǒng)中，主要采用的是電能質(zhì)量分析儀表APMD系列和AM5微機保護裝置作為測控裝置，APMD系列集成了全部電力參數(shù)的測量，同時它具有多種外圍接口功能可供用戶選擇，帶有RS485通訊接口，采用MODBUS-RTU協(xié)議可滿足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要，帶開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關的“遙信”和“遙控”的功能，非常適合于實時電力監(jiān)控系統(tǒng)，還可選配大容量的SD卡用于保存各種故障信息和多達200條的SOT事件記錄。AM5系列微機保護裝置對供配電系統(tǒng)提供不間斷保護，一旦有故障發(fā)生、裝置能在40ms內(nèi)斷開故障回路，保護一次設備和非故障回路正常運行，避免事故擴大。針對除邏輯滿足設計需求之外，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是該級系統(tǒng)的核心要求，為滿足系統(tǒng)控制高穩(wěn)定可靠性，我們還可通過控制實現(xiàn)的硬件和軟件方面通過一系列措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，主要包括：

硬件措施：

1.改進安裝環(huán)境；

2.提升電源質(zhì)量，系統(tǒng)可靠接地；

3.通過硬件電路對輸入/輸出信號進行防錯處理；

4.通過硬件電路對輸入/輸出回路進行保護。

軟件措施：

1.增加互鎖邏輯，防止誤操作；

2.利用計時器，過濾偽輸入信號和干擾信號；

3.跟蹤現(xiàn)場設備的動作時間，保護設備安全；

4.增加鎖定邏輯，提高系統(tǒng)對設備故障的判斷能力；

5.設置停電記憶功能，保護數(shù)據(jù)安全。

2.2 精密配電監(jiān)測系統(tǒng)

精密配電監(jiān)測系統(tǒng)包含低壓配電柜和UPS，根據(jù)低壓配電柜特點，我們公司推出了以AMC16Z為主體模塊的數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)軟件，該模塊可監(jiān)測測量三相總進線的母線電壓+1路三相進線的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+21路單相出線（7路三相）的電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能+1路開關量輸出+1路RS485通訊+21路有源開關量輸入（AC220V）+1路無源開關量輸入。通過安裝于前面板上的顯示終端可查看進出線的測量數(shù)據(jù)和開關狀態(tài)，并可設定設備的參數(shù)及整定值等，所有的數(shù)據(jù)可通過RS485口連接到后臺配電管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了對精密配電的集中監(jiān)測。再配合能效管理軟件，可對配電進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，達到節(jié)能降耗的目的。

2.3 精密配電柜監(jiān)測系統(tǒng)

考慮到精密配電柜中其進線回路電流一般都比較大，能夠達到幾百安培，出線回路電流都比較小，一般都在63安培以下，且負載路數(shù)比較多等用電特點，我們公司推出了數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)軟件，本系統(tǒng)軟件通過安裝于列頭柜中的AMC16M系列產(chǎn)品實現(xiàn)對服務器末端的IT設備精細化管理，該管理系統(tǒng)包括了對數(shù)據(jù)中心服務器電源的全方面的管理，可實現(xiàn)對兩路進線、多路出線的電參量測量監(jiān)控、進出線電壓電流諧波測量、開關狀態(tài)指示、對進線過電流、欠電流2段閥值越限告警、過壓、欠壓、缺相、過頻、低頻率越限告警功能，可對故障起到預防作用，便于預先采取措施等實現(xiàn)的監(jiān)測，精密配電柜監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

1.高集成監(jiān)測設備，單套儀表可完成數(shù)十臺傳統(tǒng)儀表完成的功能；

2.可擴展性強，可監(jiān)測2路進線和36路電參數(shù)狀態(tài)；

3.監(jiān)測配電開關的開閉狀態(tài)；

4.通過人機接口實現(xiàn)界面化操作，方便用戶使用；

圖2 數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案系統(tǒng)圖

3 總結

數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案更注重在使用過程中安全穩(wěn)定地滿足用戶要求，驗證了數(shù)據(jù)中心的設計理念在數(shù)據(jù)中心實際運行過程中的效果，為更多的數(shù)據(jù)中心設計理念在中國廣大數(shù)據(jù)中心的落實提供實際運行數(shù)據(jù)和依據(jù)。希望通過數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案的采用，讓數(shù)據(jù)中心更加穩(wěn)定可靠地運行。

參考文獻

[1]數(shù)據(jù)中心用電管理解決方案.：徐斌/古雄文/劉巖

[2]安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊2013.08版

[3]20kV及以下變電所微機保護裝置二次電路圖冊 2013.09

作者簡介：

徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為數(shù)據(jù)中心配電柜設計，:  :