數據中心用電管理解決方案

更新時間：2014-05-22

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霍麗麗

（安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801）

引言

數據中心是一個聚集了大量服務器、存儲設備、網絡設備及配套UPS、精密空調等設備的IT設備場所，是實現數據信息的集中處理、存儲、傳輸、交換和集中管理等業務的服務平臺。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(服務器)、數據存儲(存儲設備)以及通訊(網絡設備)，是實現數據中心功能的核心部分；配電系統和空調系統是實現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，實現直流一交流轉換，并確保為IT設備提供可靠、高質量的電源；供電電源質量的好壞直接會影響到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

近年來，國內各行業業務處理對信息技術的依賴不斷增加，國內數據中心市場逐漸擴大，投資規模快速增長，對用電的需求也逐年增加，通過對數據中心用電情況的分析，我們發現數據中心用電主要呈現以下幾個特點：

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電機、大容量UPS等，同時在數據中心配電系統故障處理機制方面，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，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，數據中心已經成為新的“電老虎”，根據美國環保署報告，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%，同時單個已經上升到萬千瓦級別，數據中心的大規模發展、高密度的發展，這樣就會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，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，下圖為常見數據中心配電系統圖，大致可分為電源自動控制系統、精密配電監測系統和精密配電柜監測系統，每個系統都會呈現不同的用電特點。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 電源自動控制系統

本系統主要實現按照不同設計要求，在不同場景下實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通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監控系統的設備進行數據監控，本系統中，主要采用的是電能質量分析儀表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協議可滿足通訊聯網管理的需要，帶開關量輸入和繼電器輸出可實現斷路器開關的“遙信”和“遙控”的功能，非常適合于實時電力監控系統，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，一旦有故障發生、裝置能在40ms內斷開故障回路，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，系統的穩定可靠是該級系統的核心要求，為滿足系統控制高穩定可靠性，我們還可通過控制實現的硬件和軟件方面通過一系列措施提高系統的穩定可靠性，主要包括：

硬件措施：

1.改進安裝環境；

2.提升電源質量，系統可靠接地；

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 精密配電監測系統

精密配電監測系統包含低壓配電柜和UPS，根據低壓配電柜特點，我們公司推出了以AMC16Z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、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、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據和開關狀態，并可設定設備的參數及整定值等，所有的數據可通過RS485口連接到后臺配電管理系統，從而實現了對精密配電的集中監測。再配合能效管理軟件，可對配電進行優化調節，達到節能降耗的目的。

2.3 精密配電柜監測系統

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，且負載路數比較多等用電特點，我們公司推出了數據中心電源管理系統軟件，本系統軟件通過安裝于列頭柜中的AMC16M系列產品實現對服務器末端的IT設備精細化管理，該管理系統包括了對數據中心服務器電源的全方面的管理，可實現對兩路進線、多路出線的電參量測量監控、進出線電壓電流諧波測量、開關狀態指示、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全面的監測，精密配電柜監控系統主要實現以下功能：

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路進線和36路電參數狀態；

3.監測配電開關的開閉狀態；

4.通過人機接口實現界面化操作，方便用戶使用；

圖2 數據中心用電管理解決方案系統圖

數據中心用電管理解決方案設備清單
序號	名稱	型號	計量單位
1	微機保護裝置	安科瑞 AM5-T	四段相間定時限過流保護、IO1過流、IO2過流、控制回路斷線告警、低電壓保護、PT斷線告警、三相一次重合閘、相/零序反時限過流保護、過電壓報警、過電壓跳閘、零序過壓、非電量保護、過負荷啟動冷風/閉鎖輸出
2	微機保護裝置	安科瑞 AM5-F	差動速斷保護、比率差動保護、四段相間定時限過流保護、IO1過流、IO2過流、控制回路斷線告警、低電壓保護、PT斷線告警、三相一次重合閘、相/零序反時限過流保護、低周減載、合閘后加速、頻率保護
3	電能質量分析儀表	安科瑞 APMD700	測量三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、視在功率、有功電能、無功電能、電網頻率、1路有功電能脈沖、RS485、4DI/2DO、總諧波含量、LCD大屏幕彩屏顯示
4	多功能電表	安科瑞AMC16-E4A	測量三相電壓、電流、平均電流、平均電壓、有功功率、無功功率、總無功功率、視在功率、功率因數、計量四象限電能、2DI/1DO、RS485、專設防雷電路、防雷能力5KA
5	數據監測裝置	安科瑞 AMC16Z	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、有功電能、無功電能+21路單相出線（7路三相出線）的電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能、1DO、RS485、21DI（有源）、IDI（無源）
6	數據監測裝置	安科瑞 AMC16MA	測量三相總進線的母線電壓+2路三相進線的電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能+36路單相出線（12路三相）的電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電能、無功電能+1路開關量輸出+1路RS485通訊
7	開關量模塊	安科瑞 ARTU-K32	32路開關量采集、RS485/Modbus協議，SOE事件記錄
8	觸摸屏	安科瑞TPC7062KX	數據采集、顯示、儲存、查詢、轉發
9	電力監控系統	Acrel-2000	分層分布式設計，可分為站控管理層、網絡通訊層和現場設備層三層，根據用戶用電規模、可根據用電設備分布和占地面積等多方面的信息采用zui合適的組網方式，可實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通訊接口或者脈沖、模擬量等方式接入監控系統的設備的數據監控。
10	數據中心電源管理系統軟件	數據中心電源管理系統軟件	進線、出線回路電參數檢測、開關狀態監測、負荷百分比檢測；三相電壓、三相電流不平衡度檢測；越限告警、事件記錄、數據上傳
11	電流互感器	安科瑞 AKH-0.66-50II150/5	與AM5配套使用的保護型電流互感器，zui大可測量150A，變比為150A/
		安科瑞 AKH-0.66I	與AMC16-E4A配套使用，zui大變比3000A/
		安科瑞 AKH-0.66 30I 200/5	與AMC16MA配套使用的保護型電流互感器，zui大可測量200A，變比為200A/
		安科瑞 AKH-0.66W	與AMC16M監測產品配套使用的保護型電流互感器。zui大可測電流為100A，變比為100A/20mA

3 總結

更注重在使用過程中安全穩定地滿足用戶要求，驗證了數據中心的設計理念在數據中心實際運行過程中的效果，為更多的數據中心設計理念在中國廣大數據中心的落實提供實際運行數據和依據。希望通過的采用，讓國內數據中心更加穩定可靠地運行。

參考文獻

[1].：徐斌/古雄文/劉巖

[2]安科瑞電氣股份有限公司產品選型手冊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：

霍麗麗，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為數據中心配電柜設計，

上一條IT系統在二類場所的應用
下一條宿舍用電計量管理的設計探討