淺析能耗監測系統在大型數據中心的應用

更新時間：2022-12-28

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：本文根據大型數據中心能耗監測的具體需求，設計了一個大型數據中心能耗監測系統，實現了資產管理、環境監測、設備控制、能耗分析以及數據統計等功能，可以為節能減排提供重要依據，在大型數據中心能耗管理方面有重要的現實意義。

關鍵詞：數據中心；能耗監測；系統開發

0 引言

隨著信息化和大數據等技術的發展，大型數據中心的應用越來越廣泛，但伴隨而來的能耗水平也日益提高，為了實現節能減排，有效利用能源資源，能耗監測系統應運而生，一般來說，大型數據中心的能耗管理包括機房環境監測和能耗設備的監測，通過實時采集掌握能耗狀態，從而實現能耗管理的優化，本文設計了一個大型數據中心能耗監測系統，可以為相關領域提供參考。

1 總體設計

大型數據中心能耗監測系統包含硬件和軟件兩大部分，其硬件組成主要包括監控服務器、主機設備、網絡設備、環境參數傳感器、通風模塊等，總體采集邏輯采用三級監控體系。一級為主機設備，作為系統的應用層，為用戶提供人機接口；二級是主機狀態，負責采集主機性能參數或對主機進行遠程控制；三級是傳感器以及能耗裝置，根據傳輸距離的不同，前面兩級之間采用TCP傳輸數據，后兩級由于距離較短，采用了串口通信。系統在架構上分為應用層、匯聚層和采集層。采集層的數據上傳到網絡后進入軟件平臺進行存儲并處理，具有權限的用戶可登錄系統平臺查看數據中心各設備的運行狀態和環境參數。軟件平臺采用B/S架構設計，兼容所有通用瀏覽器訪問，無需安裝客戶端。

2 開發工具的選擇

為了提高軟件開發效率，根據系統的功能需求和各類主流開發工具的特點，同時考慮到大型數據中心有可能存在多種操作系統，本文采用了MyEclipse作為平臺的主要開發工具，所有代碼均采用java語言進行編程，J2EE技術架構，充分利用了其簡單易用性及跨平臺移植特性。數據庫是軟件平臺的核心基礎，本文采用開源免費的MySQL數據庫，該數據庫使用廣泛，性能良好，安全可靠，可以通過ADO.ODBC等中間組件實現連接，滿足本系統的需求。3軟件功能分析

大型數據中心能耗監測系統主要針對各類能耗設備的能耗管理問題，通過各種傳感器對能耗設備的工作狀態進行實時監測，從而分析其能耗水平并作為優化的主要依據。硬件傳感器采集到原始數據后，其余的主要工作均由軟件平臺實現。因此，軟件平臺的功能首先要包括對原始測量數據的轉換，通過不同的通信協議與硬件設備建立連接并接收數據，同時根據協議格式對現場設備進行遠程控制；其次，軟件平臺還需要將數據存儲至后臺數據庫中進行暫存或永遠存儲，同時對數據進行分析，計算出各設備當前的能耗水平以及可優化的空間，將分析結果以可視化的方式顯示在軟件界面上；對于異常的數據，應及時顯示報警信號，將異常信息通過短信的形式推送給相關的負責人；為后期數據統計分析的方便，軟件還需要提供數據查詢和統計功能，通過時程曲線、柱狀圖、直方圖等形式將分析結果展示出來，作為跟蹤預測設備能耗變化趨勢的重要依據。

4 功能模塊設計

根據軟件需求分析及功能的分解，大型數據中心能耗監測系統主要設置了五個功能模塊，分別為：資產管理、環境監測、設備控制、能耗分析以及數據統計。為了提高軟件平臺的可擴展性，系統采用開放性設計和模塊化設計思想，各模塊之間功能獨立，給系統的開發和實現帶來了很大的便利。

4.1 資產管理模塊

資產管理模塊用于管理數據中心的所有資產，提供一個簡潔美觀的操作界面，為用戶提供資產項目的添加、修改、查詢等功能，還可以對資產進行分組歸類，采用專門的數據庫表對各設備的連接方式進行記錄，保證所有設備均在管理范圍內，這也是軟件平臺在精細化管理方面的具體應用體現。

4.2 環境監測模塊

環境對數據中心的設備運行狀態有重要影響，例如良好的通風條件可以使設備工作在較佳狀態，減少能耗。環境監測模塊主要負責對數據中心機房和機柜中的重要位置的溫度、濕度進行監測，以及對重要能耗設備的功率和溫度進行實時測量，這些數據上傳至軟件平臺后通過多層次的畫面進行展示，通過曲線、標記、顏色、文字等元素的綜合應用，將能耗數據動態顯示出來。該模塊只能查看數據，不能修改參數。

4.3 設備控制模塊

數據中心包含大量能耗設備，這些設備經過長期運行可能會偏離運行狀態。本模塊可以根據監控數據對各類能耗設備進行遠程控制，修改其參數使其工作狀態得到優化。其中空調是數據中心主要的能耗設備，對整個機房的能耗水平有重要的影響，本系統可以完成對空調設備的遠程控制，包括修改其回風溫濕度、工作電流、溫度設定、定時開關機等參數。另外，還可以實時遠程控制進風氣流分配模塊和排風遷移模塊等散熱設備，保證其始終運行在較好的狀態。

4.4 能耗分析模塊

軟件平臺通過通信協議接收到的是原始監測參數，需要進行特定的算法分析才能得到各設備的能耗情況。能耗分析模塊可以在不同的層次上對數據中心的能耗水平進行分析，根據能耗水平的變化采取相應的措施進行能耗管理。結合設備自身的能耗水平以及數據中心的環境參數，對設備運行參數進行優化調整，保持整體較好能耗，實現節能減排。

5 安科瑞能耗統計分析（能源管理）解決方案

5.1 概述

建立高效的能耗監測管理系統，對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各區域建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①　搭建數據中心智慧能源管理系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；

②　排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個功能區能耗對比，實現能耗排名，增強工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據；

⑧　能耗數據采集，隨時查詢，并根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統信息化、自動化水平。

5.2 平臺部署硬件選型

6 結語

隨著各類信息系統的廣泛應用，無論是大型企業還是，都不可避免地建設大型數據中心，各類設備的大量應用，使機房能耗管理受到更多的重視。軟件技術的成熟為大型數據中心的能耗管理提供了良好的管理基礎，大型數據中心能耗監測系統的應用也將更加廣泛。因此，本文的研究具有重要的現實意義。

【參考文獻】

［1］吳祥林，陳曉，周家坤，李新.數據中心機房環境在線動態無線監測研究[J].中國標準化，2019(02):187-188.

［2］王堅.大型數據中心能耗監測系統應用研究.科技風2022（02）.

［3］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.

作者簡介：

吳柯霓，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心的設計與應用。

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