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安科瑞電氣股份有限公司
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淺談數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用分析及解決方案

時間:2022/12/13閱讀:552
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涂志燕

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:“節(jié)能減排"是世界關(guān)注的熱點話題,遏止全球氣候變暖,保護(hù)有限地球資源,減少能源浪費,推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)是眾人的努力目標(biāo)。通信行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)重要組成部分,數(shù)據(jù)中心耗電量約占全國總能耗的2%,屬于能耗密集型企業(yè)。數(shù)據(jù)中心能耗管理系統(tǒng)利用監(jiān)控技術(shù)對數(shù)據(jù)中心用能設(shè)備的能耗消耗情況進(jìn)行“采集、整理、分析",從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中能耗從粗放式管理到精細(xì)式管理的轉(zhuǎn)變,提升機(jī)房能耗管理能力,達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)。本文針對數(shù)據(jù)中心能耗管理系統(tǒng)工作原理、實際運行及應(yīng)用意義進(jìn)行了介紹和說明。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心;能源管理;PUE;節(jié)能技術(shù)
0引言
我國明確提出貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀,提出建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的發(fā)展理念,包括通信行業(yè)在內(nèi)的社會各行各業(yè)都為實現(xiàn)加快旅社發(fā)展、構(gòu)建生態(tài)文明的發(fā)展目標(biāo)努力。隨著我國“互聯(lián)網(wǎng)+"、大數(shù)據(jù)、云計算、AI技術(shù)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、5G技術(shù)等產(chǎn)業(yè)政策的落地,我國數(shù)據(jù)中心市場仍將處于快速發(fā)展期。工業(yè)和信息化部在《關(guān)于加強(qiáng)“十三五"信息通信節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》強(qiáng)調(diào)要求到2020年新建大型、超大性數(shù)據(jù)中心的能耗效率(PUE)值達(dá)到1.4以下。無論是國家和社會整體勢指引,還是數(shù)據(jù)中心自身成本節(jié)約和效率的提高,通信領(lǐng)域節(jié)能減排都是一個重要而艱巨的工作。
1數(shù)據(jù)中心能耗狀況
數(shù)據(jù)中心由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)或?qū)S玫陌l(fā)電設(shè)施提供電力供應(yīng),通過變、配電等過程處理后,為數(shù)據(jù)中心的用電負(fù)荷提供穩(wěn)定電源。數(shù)據(jù)中心的電能消耗一般包含以下組成部分:
1.1 IT設(shè)備包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等不同類型的設(shè)備,用于承載在數(shù)據(jù)中心運行的應(yīng)用系統(tǒng),并為用戶提供信息處理和存儲、通訊等服務(wù)。
1.2數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備是為保證IT設(shè)備運行所需溫、濕度環(huán)境而建立的相關(guān)配套設(shè)施,主要包括:空調(diào)設(shè)備、冷源設(shè)備、送回風(fēng)設(shè)備等。
1.3數(shù)據(jù)中心變配與電源系統(tǒng),包括發(fā)電機(jī)、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(shè)備組成,提供符合設(shè)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(shù)據(jù)中心中其它消耗電能的基礎(chǔ)設(shè)施,包括照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)中心監(jiān)測管理系統(tǒng)等。
2數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)介紹
節(jié)能的首要任務(wù)就是要掌控能耗的使用情況,然后加以統(tǒng)計、計算、分析,優(yōu)化能耗分配方案。數(shù)據(jù)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(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對所有能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、整理、管控的要求,滿足數(shù)據(jù)中心每個業(yè)務(wù)部門的管理及維護(hù)訴求,實現(xiàn)能耗準(zhǔn)確管理模式,幫助數(shù)據(jù)中心“向管理要效益、憑技術(shù)促節(jié)能"。
2.1數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)架構(gòu)
能源管理系統(tǒng)由三部分組成:能耗監(jiān)管中心、通訊服務(wù)及能源數(shù)據(jù)采集。能耗監(jiān)管中心:主要實現(xiàn)對所有能耗數(shù)據(jù)的集成和管理。通過管理層的能耗數(shù)據(jù)采集、匯總、統(tǒng)計、對比、分析和直觀展現(xiàn),并提供用戶人機(jī)界面、數(shù)據(jù)報表。用戶可以根據(jù)這些分析結(jié)果進(jìn)行能耗的對標(biāo)管理、制定考核、管理制度、提供能源決策依據(jù)。通訊服務(wù):負(fù)責(zé)將現(xiàn)場設(shè)備層的電力儀表通過現(xiàn)場總線形式所采集的相關(guān)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)形式的信號,并進(jìn)行組合和轉(zhuǎn)發(fā)。能源數(shù)據(jù)采集:實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集,主要是底層電力儀表,電力儀表需具備RS485通訊接口,標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議。
2.2數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力
能源管理系統(tǒng),以數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心實際需求實現(xiàn)功能定制。
2.2.1數(shù)據(jù)接收模塊
數(shù)據(jù)中心能源數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜的的能源數(shù)據(jù)變成基于相同平臺并且具有相同結(jié)構(gòu)的符合終用戶邏輯的數(shù)據(jù),進(jìn)而轉(zhuǎn)化為有效信息和數(shù)據(jù)。
2.2.2數(shù)據(jù)處理模塊
數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)(包括數(shù)值的和非數(shù)值的)進(jìn)行分析、加工的技術(shù)過程,包括對各種實時數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等分析、整理、計算、編輯等的加工和處理,并可根據(jù)需要進(jìn)行自定義分類分項,以便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類分項統(tǒng)計。
2.2.3能源監(jiān)測模塊
能源監(jiān)測功能模塊通過工藝圖、數(shù)據(jù)列表、曲線圖、餅圖等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心能源實時工況監(jiān)控、歷史運行情況查詢、超限預(yù)警與異常告警等功能,及時發(fā)現(xiàn)能源安全問題,并可以監(jiān)視開關(guān)、閥門、泵機(jī)、空調(diào)、空壓機(jī)等設(shè)備的運行狀態(tài)。
2.2.4報警管理模塊
模塊提供能夠?qū)δ芎臄?shù)據(jù)快速反應(yīng)的異常報警功能模塊,包括實時數(shù)據(jù)上限、下限、超出指標(biāo)報警、復(fù)合報警、累積量報警、瞬時量報警、時間段平均值報警、數(shù)據(jù)總線層服務(wù)報警、Web展示層應(yīng)用錯誤報警、系統(tǒng)操作錯誤報警、能耗超管理值報警、能耗超標(biāo)準(zhǔn)報警等,方便時間發(fā)現(xiàn)能源使用、設(shè)備運行、用能質(zhì)量、用能不平衡等方面的異常。
2.2.5能耗分析模塊
對數(shù)據(jù)中心能耗進(jìn)行不同維度、不同時間段的統(tǒng)計分析,查找出具有節(jié)能潛力的時間點和節(jié)能項目,為用戶通過管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能提供具說服力的科學(xué)依據(jù)。
2.2.6報表管理模塊
該模塊提供了年、月、日等數(shù)據(jù)中心的用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表,具體包含總耗能量、分項耗能量、PUE等指標(biāo),提供數(shù)據(jù)中心消耗上報報表的標(biāo)準(zhǔn)格式,并可為用戶定制化開發(fā)報表。
3數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)應(yīng)用意義
數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)利用現(xiàn)代計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)分析及預(yù)測技術(shù),對數(shù)據(jù)中心電能的生產(chǎn)、輸配和消耗設(shè)備狀態(tài)實施集中、扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理,改進(jìn)和優(yōu)化能源平衡,提供監(jiān)控展示、計量計費、業(yè)務(wù)管理、節(jié)能潛力分析與節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的廣泛、完整性解決方案。
3.1掌握能耗結(jié)構(gòu)特點,提供機(jī)房用能公示
系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心的總能耗按不同能源類型、不同時間進(jìn)行統(tǒng)計分析,整體把握數(shù)據(jù)中心能耗狀態(tài)、指標(biāo)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(jié)能提供依據(jù)。系統(tǒng)可以展示每塊電表的詳細(xì)數(shù)據(jù),包括電流、電壓、功率、功率因數(shù)等各種數(shù)據(jù),以圖表的形式直觀顯示同類區(qū)域能源消耗的情況,并可按照人均、單位面積進(jìn)行折算。系統(tǒng)根據(jù)輸入的收費策略,系統(tǒng)可自動統(tǒng)計出電能的峰平谷電量及電費,根據(jù)分時計費分析結(jié)果。
3.2實現(xiàn)能耗指標(biāo)管理,自動分析用能效率
數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)根據(jù)分類分項原則,對電能進(jìn)行對比分析,按照不同分項進(jìn)行對比顯示,可分析出哪些分項用能超標(biāo)或不合理,從而找出節(jié)能降耗點。系統(tǒng)可對冷機(jī)的能耗進(jìn)行分析和對比,計算COP值是否在合理范圍之內(nèi),為冷機(jī)的啟停邏輯設(shè)定提供依據(jù)。系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)中心整體PUE動態(tài)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(fā)現(xiàn)用電異常
3.3.1實現(xiàn)電流平衡分析,平衡電力供應(yīng),保證用電安全。
3.3.2顯示每個供電功率因數(shù),提高用能質(zhì)量。
3.3.3實時監(jiān)測整個數(shù)據(jù)中心用電的平穩(wěn)性,為關(guān)停變壓器提供數(shù)據(jù)支撐。
3.3.4實時監(jiān)測變壓器工作負(fù)荷,在用電高峰期保證供電系統(tǒng)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(guān)關(guān)系,大化能耗有效利用,及時發(fā)現(xiàn)非工作能耗異常。
3.4找到節(jié)能改造方向、監(jiān)督節(jié)能改造效果
數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)根據(jù)單位能源消耗量與室內(nèi)外溫度的對比關(guān)系,采用專用先進(jìn)的能耗算法,找出用能不合理時間點,并將結(jié)果反饋給用戶,為節(jié)能提供決策依據(jù)。系統(tǒng)將實際耗能量與計劃值進(jìn)行分析比較,實時查看節(jié)能值的變化量,驗證節(jié)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(jiān)測管理系統(tǒng),對建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時測量,對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績效考核指標(biāo),發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況,提高人員主動節(jié)能的意識。
① 搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架,對各個用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)測;
② 排碳數(shù)據(jù)化:通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析(包括水、電、能量),實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化;
③ 區(qū)域能效比:實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比,方便能耗考核;
④ 同期能效比:實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比,方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析;
⑤ 能耗評估管理:按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo);
⑥ 能耗競爭排名:各個功能區(qū)能耗對比,實現(xiàn)能耗排名,增強(qiáng)工作人員的節(jié)能意識;
⑦ 對能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能,并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)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(jù);
⑧ 能耗數(shù)據(jù)采集,隨時查詢,并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,監(jiān)測異常能源用量,對能源智能儀表故障進(jìn)行報警,提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。
4.2 硬件選型
5結(jié)論
數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)采用專業(yè)測控與計量產(chǎn)品,依托智能通訊網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)供配電等能源數(shù)據(jù)的自動化測控與計量功能,對數(shù)據(jù)中心電能資源進(jìn)行監(jiān)控管理,與DCIM(數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng))密切結(jié)合,完成設(shè)備、人員與能源的協(xié)調(diào)管理,可根據(jù)電能使用情況合理利用資源、節(jié)約能源,大限度地降低數(shù)據(jù)中心運營成本,大限度降低對環(huán)境的污染。
該系統(tǒng)通過對能耗分類分項分析等手段找出數(shù)據(jù)中心耗能的問題點,進(jìn)行能耗分析評估,有針對性的開展節(jié)能改造工作,保證能源的使用可控、可測、可執(zhí)行、可實現(xiàn),從而達(dá)到數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的目標(biāo)。
【參考文獻(xiàn)】
【1】胡炳麗, 張珅. 數(shù)據(jù)中心能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用背景及功能概述[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新, 2020(7):2.
【2】徐善梅.綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)探討[J].建設(shè)科技,2019,6,25.
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5版


作者簡介:

涂志燕,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事變電所運維系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。


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