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(zhuǎn)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，國內(nèi)各行業(yè)業(yè)務處理對信息技術的依賴不斷增加，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心市場逐漸擴大，投資規(guī)模快速增長，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最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，全球數(shù)據(jù)中心耗電量同樣驚人，據(jù)IDC報告，2005年全球數(shù)據(jù)中心的耗電量是全球用電量的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)全面的監(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；