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淺談數據中心能源管理系統的應用分析及解決方案
更新時間：2022-11-23點擊次數：1611次
淺談數據中心能源管理系統的應用分析及解決方案
任運業
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：“節能減排”是世界關注的熱點話題，遏止全球氣候變暖，保護有限地球資源，減少能源浪費，推廣應用節能技術是努力目標。通信行業作為國民經濟重要組成部分，數據中心耗電量約占全國總能耗的2%，屬于能耗密集型企業。數據中心能耗管理系統利用監控技術對數據中心用能設備的能耗消耗情況進行“采集、整理、分析”，從而實現對數據中能耗從粗放式管理到精細式管理的轉變，提升機房能耗管理能力，達到節能減排目標。本文針對數據中心能耗管理系統工作原理、實際運行及應用意義進行了介紹和說明。
關鍵詞：數據中心；能源管理；PUE；節能技術
0引言
我國明確提出貫徹落實科學發展觀，提出建設資源節約型、環境友好型社會的發展理念，包括通信行業在內的社會各行各業都為實現加快旅社發展、構建生態文明的發展目標努力。隨著我國“互聯網+”、大數據、云計算、AI技術、數字經濟、5G技術等產業政策的落地，我國數據中心市場仍將處于快速發展期。工業和信息化部在《關于加強“十三五”信息通信節能減排工作的指導意見》強調要求到2020年新建大型、超大性數據中心的能耗效率（PUE）值達到1.4以下。無論是國家和社會整體勢指引，還是數據中心自身成本節約和效率的提高，通信領域節能減排都是一個重要而艱巨的工作。
1數據中心能耗狀況
數據中心由當地電網或專用的發電設施提供電力供應，通過變、配電等過程處理后，為數據中心的用電負荷提供穩定電源。數據中心的電能消耗一般包含以下組成部分：
1.1 IT設備包括計算、存儲、網絡等不同類型的設備，用于承載在數據中心運行的應用系統，并為用戶提供信息處理和存儲、通訊等服務。
1.2數據中心制冷設備是為保證IT設備運行所需溫、濕度環境而建立的相關配套設施，主要包括：空調設備、冷源設備、送回風設備等。
1.3數據中心變配與電源系統，包括發電機、變壓器、配電柜、UPS（不間斷電源）、HVDC（高壓直流）、電池、列頭柜、PDU等設備組成，提供符合設備使用要求的電壓和電流，保障用電安全性和可靠性。
1.4數據中心中其它消耗電能的基礎設施，包括照明系統、安防系統、消防系統以及相關數據中心監測管理系統等。
2數據中心能源管理系統介紹
節能的首要任務就是要掌控能耗的使用情況，然后加以統計、計算、分析，優化能耗分配方案。數據中心針對用電情況建立一套全面有效的一體化信息解決方案———能源管理系統，實現數據中心對所有能源消耗進行數據分析、整理、管控的要求，滿足數據中心每個業務部門的管理及維護訴求，實現能耗準確管理模式，幫助數據中心“向管理要效益、憑技術促節能”。
2.1數據中心能源管理系統架構
能源管理系統由三部分組成：能耗監管中心、通訊服務及能源數據采集。能耗監管中心：主要實現對所有能耗數據的集成和管理。通過管理層的能耗數據采集、匯總、統計、對比、分析和直觀展現，并提供用戶人機界面、數據報表。用戶可以根據這些分析結果進行能耗的對標管理、制定考核、管理制度、提供能源決策依據。通訊服務：負責將現場設備層的電力儀表通過現場總線形式所采集的相關信息數據轉換為網絡形式的信號，并進行組合和轉發。能源數據采集：實現底層數據采集，主要是底層電力儀表，電力儀表需具備RS485通訊接口，標準Modbus通訊協議。
2.2數據中心能源管理系統業務能力
能源管理系統，以數據采集處理平臺為核心，不僅擁以下常用功能模塊，還可針對數據中心實際需求實現功能定制。
2.2.1數據接收模塊
數據中心能源數據存儲結構復雜并不能直接對能耗分析、輔助決策提供支持，模塊把各種復雜的的能源數據變成基于相同平臺并且具有相同結構的符合終用戶邏輯的數據，進而轉化為有效信息和數據。
2.2.2數據處理模塊
數據處理是對數據（包括數值的和非數值的）進行分析、加工的技術過程，包括對各種實時數據、設備數據等分析、整理、計算、編輯等的加工和處理，并可根據需要進行自定義分類分項，以便于進行數據的分類分項統計。
2.2.3能源監測模塊
能源監測功能模塊通過工藝圖、數據列表、曲線圖、餅圖等方式實現數據中心能源實時工況監控、歷史運行情況查詢、超限預警與異常告警等功能，及時發現能源安全問題，并可以監視開關、閥門、泵機、空調、空壓機等設備的運行狀態。
2.2.4報警管理模塊
模塊提供能夠對能耗數據快速反應的異常報警功能模塊，包括實時數據上限、下限、超出指標報警、復合報警、累積量報警、瞬時量報警、時間段平均值報警、數據總線層服務報警、Web展示層應用錯誤報警、系統操作錯誤報警、能耗超管理值報警、能耗超標準報警等，方便時間發現能源使用、設備運行、用能質量、用能不平衡等方面的異常。
2.2.5能耗分析模塊
對數據中心能耗進行不同維度、不同時間段的統計分析，查找出具有節能潛力的時間點和節能項目，為用戶通過管理節能、技術節能提供具說服力的科學依據。
2.2.6報表管理模塊
該模塊提供了年、月、日等數據中心的用能數據統計報表，具體包含總耗能量、分項耗能量、PUE等指標，提供數據中心消耗上報報表的標準格式，并可為用戶定制化開發報表。
3數據中心能源管理系統應用意義
數據中心能源管理系統利用現代計算機、網絡技術、實時數據庫技術、數據分析及預測技術，對數據中心電能的生產、輸配和消耗設備狀態實施集中、扁平化的動態監控和數字化管理，改進和優化能源平衡，提供監控展示、計量計費、業務管理、節能潛力分析與節能降耗技術應用的完整性解決方案。
3.1掌握能耗結構特點，提供機房用能公示
系統對數據中心的總能耗按不同能源類型、不同時間進行統計分析，整體把握數據中心能耗狀態、指標完成情況、用能趨勢和能耗排名，自動查找出能源消耗不合理的時間點，為節能提供依據。系統可以展示每塊電表的詳細數據，包括電流、電壓、功率、功率因數等各種數據，以圖表的形式直觀顯示同類區域能源消耗的情況，并可按照人均、單位面積進行折算。系統根據輸入的收費策略，系統可自動統計出電能的峰平谷電量及電費，根據分時計費分析結果。
3.2實現能耗指標管理，自動分析用能效率
數據中心能源管理系統根據分類分項原則，對電能進行對比分析，按照不同分項進行對比顯示，可分析出哪些分項用能超標或不合理，從而找出節能降耗點。系統可對冷機的能耗進行分析和對比，計算COP值是否在合理范圍之內，為冷機的啟停邏輯設定提供依據。系統生成數據中心整體PUE動態曲線，便于整體能源效率分析。
3.3提高建筑用能安全，及時發現用電異常
3.3.1實現電流平衡分析，平衡電力供應，保證用電安全。
3.3.2顯示每個供電功率因數，提高用能質量。
3.3.3實時監測整個數據中心用電的平穩性，為關停變壓器提供數據支撐。
3.3.4實時監測變壓器工作負荷，在用電高峰期保證供電系統安全。
3.3.5以圖形的形式直觀展示每天工作時間能耗與非工作時間能耗的相關關系，大化能耗有效利用，及時發現非工作能耗異常。
3.4找到節能改造方向、監督節能改造效果
數據中心能源管理系統根據單位能源消耗量與室內外溫度的對比關系，采用專用先*的能耗算法，找出用能不合理時間點，并將結果反饋給用戶，為節能提供決策依據。系統將實際耗能量與計劃值進行分析比較，實時查看節能值的變化量，驗證節能改造方案效果。
4安科瑞能源管理解決方案
4.1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。
4.2 硬件選型
5結論
數據中心能源管理系統采用專業測控與計量產品，依托智能通訊網絡，實現供配電等能源數據的自動化測控與計量功能，對數據中心電能資源進行監控管理，與DCIM（數據中心基礎設施管理系統）密切結合，完成設備、人員與能源的協調管理，可根據電能使用情況合理利用資源、節約能源，大限度地降低數據中心運營成本，大限度降低對環境的污染。
該系統通過對能耗分類分項分析等手段找出數據中心耗能的問題點，進行能耗分析評估，有針對性的開展節能改造工作，保證能源的使用可控、可測、可執行、可實現，從而達到數據中心節能減排的目標。
【參考文獻】
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【2】徐善梅.綠色數據中心節能技術探討[J].建設科技，2019，6，25.
【3】安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版
作者簡介：任運業，男，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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