數據中心用電管理解決方案

引言

    數據中心是一個(gè)聚集了大量服務(wù)器、存儲設備、網(wǎng)絡(luò )設備及配套UPS、空調等設備的IT設備場(chǎng)所，是實(shí)現數據信息的集中處理、存儲、傳輸、交換和集中管理等業(yè)務(wù)的服務(wù)平臺。從物理層次看，數據中心主要由IT設備、配電系統和空調系統三部分組成。IT設備用于數據處理(服務(wù)器)、數據存儲(存儲設備)以及通訊(網(wǎng)絡(luò )設備)，是實(shí)現數據中心功能的核心部分；配電系統和空調系統是實(shí)現IT設備系統的正常運行的保障。配電系統用于提供穩定的供電電源，實(shí)現直流一交流轉換，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(huì )影響到IT設備的安全運行，空調系統確保IT設備在正常的溫度和濕度下工作。

1 數據中心用電規模及特點(diǎn)

    近年來(lái)，國內各行業(yè)業(yè)務(wù)處理對信息技術(shù)的依賴(lài)不斷增加，國內數據中心市場(chǎng)逐漸擴大，投資規?？焖僭鲩L(cháng)，對用電的需求也逐年增加，通過(guò)對數據中心用電情況的分析，我們發(fā)現數據中心用電主要呈現以下幾個(gè)特點(diǎn)：

    1.1 數據中心用電可靠性是數據中心核心要求，需要完備的故障處理機制保證其可靠穩定的運行。所以在數據中心配電系統中，除了正常的配電系統中采取的雙回路獨立電源供電之外，還在數據中心配備事故備用柴油機發(fā)電機、大容量UPS等，同時(shí)在數據中心配電系統故障處理機制方面，會(huì )考慮到供電電源失電、母線(xiàn)故障、開(kāi)關(guān)跳閘和開(kāi)關(guān)柜動(dòng)等一系列非正常情況下如何大限度地滿(mǎn)足設備用電可靠性的要求。

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

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

2 數據中心用電管理解決方案

    根據以上數據中心的用電規模及特點(diǎn)，數據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據中心用電安全，還可以大大提高數據中心用電能效，下圖為常見(jiàn)數據中心配電系統圖，大致可分為電源自動(dòng)控制系統、配電監測系統和配電柜監測系統，每個(gè)系統都會(huì )呈現不同的用電特點(diǎn)。針對不同控制系統，我們將采取不同解決方案。

    圖1數據中心配電系統圖

2.1 電源自動(dòng)控制系統

    本系統主要實(shí)現按照不同設計要求，在不同場(chǎng)景下實(shí)現電源之間的切換控制功能，為數據中心系統提供穩定可靠的供電電源，我們采用電力監控系統Acrel-2000，該系統可實(shí)現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(guò)通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監控系統的設備進(jìn)行數據監控，本系統中，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的測量，同時(shí)它具有多種外圍接口功能可供用戶(hù)選擇，帶有RS485通訊接口，采用MODBUS-RTU協(xié)議可滿(mǎn)足通訊聯(lián)網(wǎng)管理的需要，帶開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現斷路器開(kāi)關(guān)的“遙信"和“遙控"的功能，非常適合于實(shí)時(shí)電力監控系統，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提供不間斷保護，一旦有故障發(fā)生、裝置能在40ms內斷開(kāi)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(mǎn)足設計需求之外，系統的穩定可靠是該級系統的核心要求，為滿(mǎn)足系統控制高穩定可靠性，我們還可通過(guò)控制實(shí)現的硬件和軟件方面通過(guò)一系列措施提高系統的穩定可靠性，主要包括：

硬件措施：

    1.改進(jìn)安裝環(huán)境；

    2.提升電源質(zhì)量，系統可靠接地；

    3.通過(guò)硬件電路對輸入/輸出信號進(jìn)行防錯處理；

    4.通過(guò)硬件電路對輸入/輸出回路進(jìn)行保護。

軟件措施：

    1.增加互鎖邏輯，防止誤操作；

    2.利用計時(shí)器，過(guò)濾偽輸入信號和干擾信號；

    3.跟蹤現場(chǎng)設備的動(dòng)作時(shí)間，保護設備安全；

    4.增加鎖定邏輯，提高系統對設備故障的判斷能力；

    5.設置停電記憶功能，保護數據安全。

2.2 配電監測系統

    配電監測系統包含低壓配電柜和UPS，根據低壓配電柜特點(diǎn)，我們公司推出了以AMC16為主體模塊的數據中心電源管理系統軟件，該模塊可監測測量三相總進(jìn)線(xiàn)的母線(xiàn)電壓+1路三相進(jìn)線(xiàn)的電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、有功電能、無(wú)功電能+21路單相出線(xiàn)（7路三相）的電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、有功電能、無(wú)功電能+1路開(kāi)關(guān)量輸出+1路RS485通訊+21路有源開(kāi)關(guān)量輸入（AC220V）+1路無(wú)源開(kāi)關(guān)量輸入。通過(guò)安裝于前面板上的顯示終端可查看進(jìn)出線(xiàn)的測量數據和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并可設定設備的參數及整定值等，所有的數據可通過(guò)RS485口連接到后臺配電管理系統，從而實(shí)現了對配電的集中監測。再配合能效管理軟件，可對配電進(jìn)行優(yōu)化調節，達到節能降耗的目的。

2.3 配電柜監測系統

    考慮到配電柜中其進(jìn)線(xiàn)回路電流一般都比較大，能夠達到幾百安培，出線(xiàn)回路電流都比較小，一般都在63安培以下，且負載路數比較多等用電特點(diǎn)，我們公司推出了數據中心電源管理系統軟件，本系統軟件通過(guò)安裝于列頭柜中的AMC16M系列產(chǎn)品實(shí)現對服務(wù)器末端的IT設備精細化管理，該管理系統包括了對數據中心服務(wù)器電源的全方面的管理，可實(shí)現對兩路進(jìn)線(xiàn)、多路出線(xiàn)的電參量測量監控、進(jìn)出線(xiàn)電壓電流諧波測量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)指示、對進(jìn)線(xiàn)過(guò)電流、欠電流2段閥值越限告警、過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)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(shí)現的監測，配電柜監控系統主要實(shí)現以下功能：

    1.高集成監測設備，單套儀表可完成數十臺傳統儀表完成的功能；

    2.可擴展性強，可監測2路進(jìn)線(xiàn)和36路電參數狀態(tài)；

    3.監測配電開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉狀態(tài)；

    4.通過(guò)人機接口實(shí)現界面化操作，方便用戶(hù)使用；

圖2 數據中心用電管理解決方案系統圖

3 總結

    數據中心用電管理解決方案更注重在使用過(guò)程中安全穩定地滿(mǎn)足用戶(hù)要求，驗證了數據中心的設計理念在數據中心實(shí)際運行過(guò)程中的效果，為更多的數據中心設計理念在中國廣大數據中心的落實(shí)提供實(shí)際運行數據和依據。希望通過(guò)的采用，讓國內數據中心更加穩定可靠地運行。

參考文獻

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