摘要：數(shù)據(jù)中心最主要的目標之一是確保業(yè)務連續(xù)性。數(shù)據(jù)中心的供電上從高壓電源入口到末端配電采用了很多高可靠性的設計，比如多路獨立高壓市電電源、大容量中壓柴油發(fā)電機組，UPS的冗余配置等等，這往往意味著高昂的成本，都是為了提高供配電系統(tǒng)容錯能力。配電柜(也稱列頭柜)或母線槽承擔為數(shù)據(jù)中心服務器、存儲和網(wǎng)絡等IT設備提供穩(wěn)定可靠的電源的末端配電環(huán)節(jié)，其運行穩(wěn)定性也尤為重要。在這個環(huán)節(jié)，幾乎所有的數(shù)據(jù)中心都面臨著一些共性的挑戰(zhàn)，包括電源容量管理和配置、數(shù)據(jù)中心能源管理、環(huán)境管理、安全管理、計算能力需求擴張、資產和變更管理等等，本文通過數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化解決方案，配合數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)來探討如何應對這些挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)中心的存在，就是為了保障計算的安全與可連續(xù)性。然而，僅僅最近三年中，數(shù)據(jù)中心發(fā)生了十余件故障乃至災難。數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)龐雜，運維安全本就不易，近年來的極端氣候、技術發(fā)展等因素，也為數(shù)據(jù)中心高可靠性帶來了新挑戰(zhàn)，我們應該如何預防與應對？

1 數(shù)據(jù)中心末端配電面臨的挑戰(zhàn)

電源容量管理和配置：許多數(shù)據(jù)中心缺乏有計劃的增長擴容，工程師經(jīng)常將新設備接入看似可用的回路，而對回路可用的負荷容量知之甚少。這可能會導致回路過負荷保險絲熔斷并導致停機并導致很大的經(jīng)濟損失，服務中斷的損失是以秒來計算的。

能源管理：數(shù)據(jù)中心最主要的能效指標PUE的計算涉及到所有IT設備的耗能，而IT設備的耗能計量都集中在末端配電，所以在末端需要具備能源計量和管理。

環(huán)境管理：雖然IT設備耗能占能源成本的50%以上，但另有36%用于冷卻和循環(huán)空氣。數(shù)據(jù)中心通常會將機房溫度調到過冷以防止設備故障，但將機房溫度升高1攝氏度，最多可節(jié)省高達7%的冷卻耗能成本，所以需要在溫度控制和能耗之間找到平衡點。

安全管理：不管供配電前端在可靠性上做了多少冗余，如果忽視了末端的配電安全管理都是無用功，對末端的電源插接點接觸以及溫升情況也需要關注。

    計算能力需求：在可預見的未來，一個不變的趨勢是對更多計算能力的需求，這種快速擴張將導致數(shù)據(jù)中對的電力需求越來越大。

資產和變更管理：對于正在擴展的數(shù)據(jù)中心，手動跟蹤資產可能很繁瑣且成本很高。研究指出，庫存收集、庫存核對、查找錯放資產、手動存儲庫更新和更換錯放資產的過程每年花費的人力和資金成本巨大。

2 數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化方案

需要解決這些挑戰(zhàn)，提高業(yè)務連續(xù)性、控制運營成本并滿足新的業(yè)務發(fā)展需求，數(shù)據(jù)中心將需要對末端配電環(huán)節(jié)有監(jiān)測和管理。智能化的配電柜和智慧小母線系統(tǒng)可以提供解決方案。接下來將討論如何為數(shù)據(jù)中心選擇合適的末端配電數(shù)字化解決方案，創(chuàng)建可靠且環(huán)保的數(shù)據(jù)中心。

2.1 配電柜數(shù)字化方案

配電柜是為數(shù)據(jù)中心的IT設備機柜提供電源的末端配電設備，一般采用雙回路供電，電源分別來自兩臺冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機柜陣列的兩端，也稱列頭柜，如圖1所示。

圖1 ANDPF配電柜

安科瑞配電監(jiān)控解決方案針對配電柜監(jiān)控數(shù)字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機模塊、開關狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測兩路主進線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開關狀態(tài)、諧波含量、柜內溫濕度等數(shù)據(jù)，可以在本地觸摸屏顯示，同時可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報警。產品方案見表1。

2.2 母線槽數(shù)字化方案表1 安科瑞配電柜數(shù)字化方案產品選型

近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設的快速發(fā)展，智能母線槽的方案運用越來越多。相比傳統(tǒng)精密配電柜，數(shù)據(jù)中心母線槽架空鋪設，具有安裝檢修方便、不占地、散熱快、易增容等優(yōu)勢。母線槽通過始端箱從前端UPS取電，以母排系統(tǒng)組成輸電結構，采用即插即用的方式，通過插接箱給各個IT機柜內的PDU供電。

圖2 智能母線槽數(shù)據(jù)采集方案示意圖

安科瑞智能母線槽方案在始端箱和插接箱內配置AMB100/AMB110監(jiān)測單元，測量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數(shù)據(jù)，可以通過有線或無線方式傳輸數(shù)據(jù)，在本地觸摸屏顯示，同時可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)母線槽的數(shù)據(jù)展示和異常預警。

另外由于母線槽是由銅制母排搭接而成，接頭部位可能會由于接觸不良而異常發(fā)熱，所以需要對母線槽接頭溫度進行實時監(jiān)測，安科瑞AMB200母線接頭溫度監(jiān)測裝置進行接觸式測溫，AMB300通過紅外非接觸式測溫方式監(jiān)測母線溫度，數(shù)據(jù)通過有線或無線方式傳輸本地觸摸屏顯示，同時可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實現(xiàn)母線槽溫度的實時預警，設備選型如表2所示。

3 AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)表2 智能母線槽解決方案選型表

AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、UPS的實時監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動環(huán)監(jiān)測，幫助數(shù)據(jù)中心管理者了解數(shù)據(jù)中心能源運行情況，并關注消防和電氣安全，及時預警異常情況，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運行。除了變電站、柴油發(fā)電機和UPS運行監(jiān)控以外，特別是針對數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個回路的電氣參數(shù)和開關狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。

3.1 電源容量管理和配置

系統(tǒng)監(jiān)測每路饋線回路的電流、功率、開關狀態(tài)和用電量，還可以配置溫度、濕度傳感器用于監(jiān)測線路接點溫度和柜內濕度，設置參數(shù)高低越限告警，避免回路超負荷運行而導致意外斷電。

3.2 能源管理

數(shù)據(jù)中心最主要的能效指標PUE的計算涉及到所有IT設備的耗能，系統(tǒng)從高壓到末端采集數(shù)據(jù)中心用電量，并按照IT設備、制冷系統(tǒng)(冷凍水機組、空調末端、新風等)、供電系統(tǒng)(變壓器、UPS、發(fā)電機、開關)、照明及辦公用能進行分類，計算數(shù)據(jù)中心PUE值、制冷負載系數(shù)CLF、供電負載系數(shù)PLF等，為數(shù)據(jù)中心能效診斷提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 環(huán)境管理

系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心不同溫度數(shù)據(jù)下計算數(shù)據(jù)中心PUE和CLF值的變化，來協(xié)助管理者尋找運行溫度，在溫度控制和能耗之間找到平衡點。同時系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、浸水、煙霧等影響數(shù)據(jù)中心正常運行的因素，并及時提供預警。

3.4 安全管理

系統(tǒng)監(jiān)測配電柜或母線槽系統(tǒng)電氣接點溫度以及漏電電流，并設置溫度、漏電越限告警，及時消除系統(tǒng)隱患。同時針對數(shù)據(jù)中心大量的UPS蓄電池內阻、溫度、可燃氣體含量也進行實時在線監(jiān)測預警，保障數(shù)據(jù)中心運行安全。

    3.5 資產和變更管理

系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供設備管理和運維管理功能，包括設備臺賬、設備保養(yǎng)、工單管理、巡檢記錄、缺陷管理、搶修記錄等功能，告別依靠手工記賬，降低人力和時間成本。

4 結束語

隨著對算力的需求增長，數(shù)據(jù)中心也將加速發(fā)展。為了保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運行，除了在電源和前端變配電系統(tǒng)上下功夫外，數(shù)據(jù)中心的末端配電系統(tǒng)數(shù)字化管理更為重要。安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)配合安科瑞配電柜系統(tǒng)、智能母線槽系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心的末端配電提供負荷監(jiān)測、能效管理、安全預警和設備運維管理，為數(shù)據(jù)中心連續(xù)穩(wěn)定運行提供保駕護航。

AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)中心的能源管理提供全方位的監(jiān)測和控制，主要分為電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、消防監(jiān)控、能源管理、照明控制、新能源監(jiān)測幾個模塊。