淺談精密配電裝置在數據中心的應用

侯文莉

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：隨著信息化的不斷發展，各種數字技術如互聯網、大數據、人工智能等獲得迅猛發展，並在應用中產(chan) 生大量數據。數據中心是存儲(chu) 、運算處理海量數據的實體(ti) ，其規模不斷擴大。數據中心是新型基礎設施中的一項重要內(nei) 容，各級政府一直都在思索如何實現其綠色化發展。在國家政策的引導下，經過多年的努力，綠色數據中心建設取得一定成效。文章主要分析了綠色數據中心的發展趨勢，以期更好地落實黨(dang) 中央的各項要求，加快建設綠色數據中心。

關(guan) 鍵詞：數據中心；精密配電；絕緣監測；信息化

0引言

不管是個(ge) 人數字信息、企業(ye) 數據還是國家層麵的安全數據，都需要數據中心這一基礎設施進行連接與(yu) 計算。當前，隨著科學技術的發展，人工智能、物聯網、雲(yun) 計算、5G移動通信等信息技術的出現，促使數據中心的需求較之前有明顯增加。研究發現，全球數據中心基礎設施的市場規模在2013年為(wei) 284.4億(yi) 美元，經過幾年的發展其規模獲得大幅度增長，在2018年就已經達到626.3億(yi) 美元，其中我國從(cong) 262.5億(yi) 元增長到1210.4億(yi) 元。數據中心的發展給整個(ge) 社會(hui) 帶來翻天覆地的變化，為(wei) 此，人們(men) 需結合時代發展潮流，更好地分析問題，並在時代發展中明確方向，抓住機遇，更好地迎接各種技術性的挑戰與(yu) 難題。

1數據中心的變化

1.1 單機櫃功率密度高密化

傳(chuan) 統數據中心技術水平不高，初期建設規劃時不能充分考慮冗餘(yu) 度，單機櫃功率密度控製在1～3kW。隨著互聯網技術的進一步發展、信息化時代的到來，數據中心的業(ye) 務量極大增加，單機櫃功率密度在新建數據中獲得大幅度的增長，已經達到4～10kW，甚至一些數據中心支持20～30kW。為(wei) 促進互聯網數據中心（InternetDataCenter，IDC）單位麵積產(chan) 值的顯著提高，對於(yu) 數據中心的技術人員而言，需要考慮的是將更多互聯網技術（InternetTechnology，IT）設備放置在相同空間內(nei) 。機櫃的高密度變化，相應地會(hui) 給配電、暖通專(zhuan) 業(ye) 帶來很大的挑戰。在改造舊機房時，需全部拆除那些舊的配電、暖通設備，由此極易造成資源的嚴(yan) 重浪費與(yu) 運營成本的增加。

1.2 PUE值呈明顯下降趨勢

PUE（PowerUsageEffectiveness，電源使用效率）這一數值越接近1，則表示數據中心綠化程度更高，這也是當前衡量一個(ge) 中心能源效率的重要指標。我國電源使用效率平均值在2.0～2.5之間。鑒於(yu) 國家在2010年對數據中心並未提出任何要求，這時的PUE值為(wei) 3.0，2013年新建中心的平均PUE值為(wei) 1.5～1.8。2018年，北京市政府公布《北京市新增產(chan) 業(ye) 的禁止和限製目錄》，這對於(yu) 建設綠色節能數據中心至關(guan) 重要，此時PUE值呈明顯下降趨勢。在全球能源日益緊張的情況下，為(wei) 幫助數據中心實現可持續發展，就少不了政府的宏觀調控。

1.3 建設方式的改變

數據中心中的基礎建設工作本質是一項係統工程，綜合性，以往在建造一棟樓宇時會(hui) 配合供配電、空調、室內(nei) 裝修、柴油發電係統等設施，不利於(yu) 後期擴容，靈活性不足，改造成本高。當前，比較流行的建設方式為(wei) 整體(ti) 規劃、分步實施，結合業(ye) 務發展情況真正做到隨用隨建，從(cong) 而能夠高效地開展建設工作，降低經濟性、技術性貶值。

1.4 數據中心運營管理向智能化方向發展

物理上完成一座數據中心的建設以後，並不代表它的生命周期已經結束。其後的運維是數據中心得以發揮功能和作用的重要保障。傳(chuan) 統數據中心多借助人力來開展運維管理，研究表明，技術問題在導致數據中心故障的全部因素中僅(jin) 占有很小的比例，而人為(wei) 失誤大約占70%。當前，隨著人工智能技術的發展，在運營管理中會(hui) 應用更多的機器人，以此可將人工操作替代下來，從(cong) 而降低故障發生率。

2綠色數據中心的發展方向

2.1 小母線末端配電的廣泛應用

由於(yu) 單機櫃功率密度發展趨勢漸趨高密化，在後續改造中傳(chuan) 統列頭櫃短板比較明顯。比如，很難實現列頭櫃擴容、變更，使用過的電纜無法重複利用，缺乏靈活性。而根據機櫃負載，一般可以靈活地分配小母線，如擴容、調相等，小母線隻需調整對應插接箱即可，整體(ti) 線路無須調整。再加上列頭櫃通常會(hui) 占用較大的空間，多個(ge) 機櫃都需要配備一個(ge) 獨立的列頭櫃，由此導致空間變得更加擁擠，而小母線具有一係列優(you) 點，如體(ti) 積緊湊、占用空間小、走線簡潔且直觀，因此將其應用到大型數據中心可以節省很大的空間，也能夠創造可觀的經濟效益。同時，小母線的使用壽命為(wei) 40年，明顯長於(yu) 僅(jin) 有10～15年的列頭櫃。經綜合研究對比可知，小母線能夠更好地應對機櫃高密化的挑戰。當前，小母線尚未廣泛地應用到我國的數據中心中，這與(yu) 建造成本這很大關(guan) 係。隨著功率密度的提高，建造者需要充分考慮成本與(yu) 運維的邊界性，最終做出合理選擇，而數據中心後50m的解決(jue) 方案就在於(yu) 小母線。

2.2 綠色節能技術及其他技術不斷發展

綠色節能數據中心與(yu) 我國綠色、可持續發展目標相符，因此在整個(ge) 行業(ye) 都在為(wei) 實現綠色節能而努力。近年來，盡管其在製冷、傳(chuan) 熱學、材料科學等方麵尚未取得顯著進展，但是PUE值明顯下降，這與(yu) 一般邏輯不符，經深入探究發現，其與(yu) 為(wei) 實現節能而放寬了溫濕度環境標準有關(guan) 。之前數據中心所要求的溫濕度範圍相對狹窄，而機械製冷極易升高PUE值，消耗大量能源。現如今，隨著環境要求的寬鬆，數據中心節能技術逐漸轉變為(wei) 自然冷卻，機械製冷作為(wei) 補充，由此極大降低了非IT設備能耗與(yu) PUE值。同時，多家互聯網企業(ye) 也紛紛研製各種數據中心節能方案，如的海水冷卻IDC、雅虎的雞舍IDC、微軟的潛水艇IDC以及臉書(shu) 的風牆IDC等。綠色節能技術層出不窮並獲得廣泛應用，而其他新技術依然處於(yu) 研究階段，如高溫服務器、液冷散熱技術、餘(yu) 熱回收再利用等。基於(yu) 此，人們(men) 需準確抓住曆史發展機遇，深入分析行業(ye) 痛點，真正做到放眼於(yu) ，並製定切實可行的解決(jue) 方案。

2.3工程建設實現快速部署

一些新興(xing) 技術迅猛發展，如雲(yun) 計算、人工智能、大數據、5G移動通信等，由此極大增加了數據中心的業(ye) 務需求，導致傳(chuan) 統數據中心的建設方式無法滿足時代發展需求。基於(yu) 此，數據中心建設時可以選用模塊化、預製化、產(chan) 品化的方式，其中模塊化數據中心所涉及的模塊比較多，且事先已經在工廠生產(chan) 中調試好，然後隻需在現場安裝即可，從(cong) 而能夠實現快速部署並有效縮短工程時間。目前，這類建設方式深受互聯網*的認可，紛紛投入使用，為(wei) 此，供應商也需要適當做出調整，這對於(yu) 加快產(chan) 品的升級換代至關(guan) 重要，還需準確地抓住發展節點。

2.4 AI與(yu) 智能DCIM的有效應用

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是近幾年的年度熱詞，也是不同領域需深入研究的重要方向，猶如20世紀末電腦行業(ye) 的興(xing) 起。如何將新技術、場景深度融合起來，哪些場景能夠實現人工智能、數據中心的有效結合，是建設者們(men) 重點考慮的問題。人工智能的一個(ge) 顯著的優(you) 勢就在於(yu) 在某些方麵能夠代替人工，避免或者降低因人為(wei) 因素導致的故障，從(cong) 單一重複性的勞動中解放人力。為(wei) 此，人工智能與(yu) 數據中心能夠創造許多場景，比如，利用安防係統，能夠幫助安保人員節省不必要的工作，如眼看、手摸、跑腿等，由此能夠極大提高該係統的智能化程度；在巡檢係統中利用巡檢機器來開展工作，如采集溫濕度數據、檢測可疑故障點等，不僅(jin) 能夠高效地開展工作，且能夠進一步提升數據采集的準確度；在電力自動控製係統中利用人工智能技術，機器可以實現自主判斷，及時采取甩負載措施來解決(jue) 潛在的過載現象，以此能夠更加可靠、穩定地運行重要負載；在數據中心中，利用智能數據中心基礎設施管理（DataCenterInfrastructureManagement，DCIM）能夠有效實現上述場景。相信在不久的將來，數據中心借助人工智能，可以真正從(cong) 圖紙走向現實。

2.5 設備布局、擴容工作進一步優(you) 化

當前，在一些地區所擬建的數據中心中，有的會(hui) 對外提供托管服務（交換機、服務器）、存儲(chu) 、運維、開發服務，這些都屬於(yu) PaaS、IaaS類型，具體(ti) 在建設這類數據中心時難免會(hui) 出現一些問題，比如，用戶很難確定，導致無法及時確定數據中心的需求；即便一些用戶能夠進入園區，也會(hui) 存在中途退出的情況。鑒於(yu) 此，數據中心必須要具備一定的靈活應變能力與(yu) 具有靈活的預案，以此才能確保機房建設標準、質量達標，滿足長期安全使用的條件，且在信道、網絡中需預留出足夠的變動與(yu) 冗餘(yu) 餘(yu) 地；在機房不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS）、空調設備位置為(wei) 新設備預留出足夠的擴充空間，或者站在整體(ti) 角度製訂一係列切實可行的解決(jue) 方案，從(cong) 而結合實際需求做好設備布局、擴容工

作。

3 安科瑞列頭櫃及監測產(chan) 品介紹

隨著數據中心的迅猛發展，數據中心能耗問題也越來越突出，高效可靠的數據中心配電係統方案，是提高數據中心電能使用效率，降低設備能耗的有效方式。

AMC係列數據中心精密配電係統是針對數據機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數據的智能係統，為(wei) 交直流電源配電櫃提供精確的電參量信息，並可通過通訊將數據上傳(chuan) 到動環監控係統，實現對整個(ge) 數據機房的實時監控和有效管理，為(wei) 實現綠色IDC提供可靠保證。

3.1精密配電管理解決(jue) 方案

3.1.1交流係統

（1）功能要求：

遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關(guan) 狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限報警功能。

（2）配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀(yi) 表       PZ72L-E4

電流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

3.1.2直流係統

（1）功能要求

遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲(si) 狀態,具備電流、功率需用量分析和統計，實現電壓、電流、功率等參數的越限功能。

（2）配置方案-示意圖

配置方案

多功能儀(yi) 表          PZ72L-DE

 霍爾傳(chuan) 感器          AHKC-F-  XXA/5V

 開關(guan) 電源            SBD-30  （48V）

3.2產(chan) 品規格

說明：■為(wei) 標配功能。

3.3配套附件

4 結語

當前，隨著5G移動通信技術的發展與(yu) 不斷成熟，數字化浪潮接踵而至，數據傳(chuan) 輸速率較之前相比獲得顯著提升，而數據量增長速度迅猛，還會(hui) 給數據中心帶來不小的壓力，能源消耗很大。當前，為(wei) 更好地緩解因數據量增長而給數據中心運轉造成的壓力，需要加快建設數據中心，不斷降低運維成本，積極尋找節能化、綠色化發展道路。本文對數據中心的發展與(yu) 變化情況進行分析，探索數據中心的發展方向，以期為(wei) 更好地規劃建設綠色數據中心提供一定參考。

【參考文獻】

[1]喬(qiao) 卿丞.綠色數據中心發展趨勢分析.中國管理信息化.2021-05-15.  

[2]黃劍.探討建設綠色數據中心成IDC產(chan) 業(ye) 發展潮流.中國新通信.2020(14):66.

[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.6版.

作者簡介：侯文莉，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為(wei) 數據中心精密配電的設計與(yu) 應用，