1 數(shù)據(jù)中心能效信息化管理系統(tǒng)概述

互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前我國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力,也是互聯(lián)網(wǎng)+、工業(yè)4.0等國(guó)家新興戰(zhàn)略的依托和載體,使用和發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)離不開(kāi)數(shù)據(jù)中心機(jī)房這一關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

根據(jù)工業(yè)和信息化部直屬的中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院發(fā)布《中國(guó)數(shù)據(jù)中心布局特點(diǎn)與發(fā)展策略研究》報(bào)告顯示,能源支出在數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)營(yíng)成本中所占的比例在40%左右,大型和超大型數(shù)據(jù)中心的占比會(huì)更高。因此,數(shù)據(jù)中心機(jī)房在運(yùn)營(yíng)期間,如何有效管理電力成本是數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的關(guān)鍵所在。

針對(duì)數(shù)據(jù)中心耗電量在社會(huì)總耗電量的占比不斷提高,以及數(shù)據(jù)中心機(jī)房在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)還將大量增長(zhǎng)的趨勢(shì)。數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗的爆發(fā)性增長(zhǎng)要求我國(guó)大中型數(shù)據(jù)中心的能耗管理水平盡快得到提升,應(yīng)用諸如智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化等手段來(lái)提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗管理水平。

　　2 國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中心能耗管理信息化的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境監(jiān)控電力部分,通常使用的精密列頭柜只是傳統(tǒng)電流表、電壓表等電氣儀表功能的簡(jiǎn)單延伸和拓展,通過(guò)數(shù)據(jù)總線,一般是低帶寬的RS485總線傳輸?shù)郊亟缑?配以針對(duì)電表實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的報(bào)警環(huán)節(jié),這種方式數(shù)據(jù)不全且技術(shù)含量比較低。

為貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》的要求,全面提升數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保水平,國(guó)家工業(yè)和信息化部、國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國(guó)家能源局研究制定了《國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》。針對(duì)該方案提出的要求,存在著諸多不足。分析如下:

PUE是個(gè)動(dòng)態(tài)的變化值,比如一日內(nèi)業(yè)務(wù)高峰和空閑時(shí)間的數(shù)值有很大差距,一年內(nèi)夏天戶外溫度最高時(shí)與冬天天氣最冷時(shí)也有很大差距,精密列頭柜只能顯示即時(shí)值,不能合理度量和使用PUE這個(gè)衡量指標(biāo),此數(shù)值也是無(wú)法累加、評(píng)估和追溯的。

各種用電量參數(shù)的匯總和統(tǒng)計(jì),需要能耗管理系統(tǒng)具備相當(dāng)程度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力,以備操作和管理人員的查詢(xún)、判斷和評(píng)估。

用電設(shè)備的分項(xiàng)計(jì)量是不容易實(shí)現(xiàn)的,尤其是針對(duì)UPS及其電池組和空調(diào),這一類(lèi)非配電設(shè)備,使用傳統(tǒng)的機(jī)房配電方案很難采集到他們的真實(shí)能耗狀態(tài)

對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房電力環(huán)境的統(tǒng)一監(jiān)控和集中管理,對(duì)防止數(shù)據(jù)中心設(shè)備工作狀態(tài)異常、及時(shí)處理和完善數(shù)據(jù),是數(shù)據(jù)中心機(jī)房日常運(yùn)行非常重要的工作程序。

由于企業(yè)人員、技術(shù)等多方面因素的限制,數(shù)據(jù)中心機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè),一直存在盲區(qū),如供電回路的短路、過(guò)電壓、欠電壓、零地電壓飄高、諧波含量超過(guò)極限值及三相負(fù)載不平衡等原因,造成工作異常、設(shè)備損壞,如果涉及到金融、電力、通信等單位,還會(huì)造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生,對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房,不得不采取專(zhuān)人值班,定時(shí)巡查設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等措施,費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作人員長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)勞動(dòng),易產(chǎn)生疲勞、疏漏。巡查人員在巡檢過(guò)程中,存在人身安全隱患,致使整個(gè)數(shù)據(jù)中心電力監(jiān)測(cè)管理工作不科學(xué)和不規(guī)范等問(wèn)題。

譬如美國(guó)的艾默生、ABB、法國(guó)的施耐德都能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的機(jī)房信息化功能,但一般需要機(jī)房輸配電環(huán)節(jié)的全套設(shè)備都部署同一品牌產(chǎn)品才能實(shí)現(xiàn)全部功能,信息采集器件是集成在傳統(tǒng)輸配電部件上的,傳輸協(xié)議是獨(dú)有的,無(wú)法與我國(guó)已經(jīng)大量成熟生產(chǎn)的配電設(shè)備進(jìn)行配套使用。比如列頭柜、機(jī)柜、精密空調(diào),如果一個(gè)環(huán)節(jié)不用他們同類(lèi)品牌的產(chǎn)品,這一部分的數(shù)據(jù)就不能采集到管理系統(tǒng),也就無(wú)法全面掌握機(jī)房的整體能耗使用情況。

各種電力電子裝置的迅速發(fā)展使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重,由于諧波無(wú)功功率及諧波*超出極限值,所造成的設(shè)備故障和事故不斷發(fā)生。諧波危害的嚴(yán)重性,設(shè)備的電力參數(shù)監(jiān)測(cè)問(wèn)題,引起人們高度的關(guān)注。

當(dāng)供電電源的三相負(fù)載不平衡時(shí),如控制某相的最大電流為額定值,則其余兩相就不能滿載,因而設(shè)備利用率下降。反之如要維持額定容量,將會(huì)造成負(fù)載較大的一相過(guò)負(fù)載,而且還會(huì)出現(xiàn)磁路不平衡致使波形畸變、零地電壓漂高等,造成設(shè)備附加損耗增加等。

如果數(shù)據(jù)中心的用電環(huán)境,無(wú)功功率被設(shè)備占用過(guò)多,就造成電網(wǎng)效率低下。同時(shí),大量無(wú)功功率在電網(wǎng)中來(lái)回傳送,使得線路損耗增加,造成電能?chē)?yán)重浪費(fèi)。

數(shù)據(jù)中心列頭柜及服務(wù)器零地電壓的大小,可以直接對(duì)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生一定的影響,主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面:服務(wù)器運(yùn)行緩慢、宕機(jī)等;同時(shí)會(huì)引起硬件故障,燒毀設(shè)備;引發(fā)控制信號(hào)的誤動(dòng)作;影響通信質(zhì)量等等。

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)載能力,是一個(gè)理想化的方案,隨著數(shù)據(jù)中心投入使用的設(shè)備負(fù)載不斷增加,又加上用電環(huán)境遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)的情況復(fù)雜,供電回路就會(huì)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)。在動(dòng)力信息化嚴(yán)重不足的情況下,必然出現(xiàn)種種安全隱患,甚至發(fā)生重大用電安全事故。

　　3 恒安數(shù)據(jù)中心動(dòng)力監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

(1) 公司簡(jiǎn)介

恒安數(shù)據(jù)中心動(dòng)力監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)備由傲視恒安科技(北京)有限公司研發(fā)生產(chǎn),該公司于2007年10月在中關(guān)村國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)內(nèi)注冊(cè)成立,是一家專(zhuān)業(yè)從事能源信息化、智能配電技術(shù)研究以及相關(guān)軟、硬件產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)。公司成立以來(lái)始終秉承技術(shù)創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力的宗旨,全部產(chǎn)品和核心技術(shù)均為自主研發(fā),技術(shù)人員在公司員工總數(shù)中的占比始終在50%以上,截止2015年第二季度公司已獲得七項(xiàng)專(zhuān)利登記(其中發(fā)明專(zhuān)利三項(xiàng))、二十余項(xiàng)軟件著作權(quán)登記、兩項(xiàng)商標(biāo)登記等知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果。公司曾獲得過(guò)科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金、中關(guān)村科技園區(qū)小企業(yè)創(chuàng)新支持資金等國(guó)家、省市、區(qū)三級(jí)科技主管部門(mén)的科技項(xiàng)目扶植資金,還承擔(dān)過(guò)科技部火炬計(jì)劃產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目。公司2010年通過(guò)了ISO9001:2008質(zhì)量體系認(rèn)證,2011年通過(guò)了軟件企業(yè)認(rèn)定。

(2)系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示,圖中表示能源管理(energyre source management,ERM)系統(tǒng)的機(jī)房動(dòng)力解決方案。

(3)數(shù)據(jù)測(cè)量單元硬件

通過(guò)模塊化的測(cè)量手段,使得測(cè)量單元能精確統(tǒng)計(jì)IDC內(nèi)每回路、每機(jī)柜的動(dòng)力供給情況,包括基本的電流、電壓、功率以及和動(dòng)力安全息息相關(guān)的零地電壓、故障回路定位、三相不平衡度等信息。測(cè)量功能的前端模塊為基于嵌入式系統(tǒng)微型處理器的硬件平臺(tái)。

通過(guò)高精度電表專(zhuān)用芯片對(duì)電路狀態(tài)進(jìn)行高速采集,測(cè)量模塊與通訊模塊相連,由通訊模塊主動(dòng)向系統(tǒng)中心提交采樣結(jié)果以及處理管理者授權(quán)的預(yù)警、報(bào)警操作。

數(shù)據(jù)測(cè)量單元硬件如圖2所示。

(4)2.0Client/Server版軟件部分顯示圖

ERM機(jī)房建模管理中心的3D查詢(xún)界面如圖3所示。三相不平衡地情況如圖4所示。ERM報(bào)警-查詢(xún)窗口顯示如圖5所示。

(5)恒安管理系統(tǒng)設(shè)備與國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的機(jī)房能耗信息化產(chǎn)品的主要差異如表1所示

4 數(shù)據(jù)中心機(jī)房實(shí)行智能化、信息化能耗管理的重要意義

針對(duì)上述的這些問(wèn)題,在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中,就需要引入數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng),通過(guò)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),可以大大節(jié)省數(shù)據(jù)中心管理的人力成本,消除操作人員的測(cè)量人為測(cè)量誤差、漏檢及人身安全隱患。

動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由軟件模塊和硬件模塊共同組成。硬件模塊包括各個(gè)采集終端,軟件模塊包括:采集中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心、智庫(kù)中心、建模管理客戶端和顯示客戶端五個(gè)部分。恒安ERM系統(tǒng)的硬件模塊保證了動(dòng)力數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性和完整性,軟件模塊完成了海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、整理和分析。

恒安ERM系統(tǒng),以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為核心,可以從數(shù)據(jù)采集、聯(lián)網(wǎng)、能源數(shù)據(jù)海量存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、查詢(xún)等提供一個(gè)整體解決方案,達(dá)到操作和管理人員的各項(xiàng)需求,在數(shù)據(jù)管控中心,實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和評(píng)估。

恒安ERM系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),集自動(dòng)控制、傳感采集、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、智能分析、終端建模、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備通信為一體,采用高度自動(dòng)化、智能化的技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)中心的中心機(jī)房或分散機(jī)房的動(dòng)力狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),為數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境提供集中管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的一體化管理模式。

保障數(shù)據(jù)中心及其附屬設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全,提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)水平,真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心從有人值守到少人或無(wú)人值守運(yùn)行,因此,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境的集中監(jiān)測(cè)和統(tǒng)一科學(xué)管理,對(duì)提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的高效性、安全性及保障有效的通信,具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

作者簡(jiǎn)介

尚進(jìn),傲視恒安科技(北京)有限公司副總經(jīng)理。

編輯：Harris

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