浅谈精密配电装置在数据中心的应用
2021-10-15 09:00:24 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：随着信息化的不断发展，各种数字技术如互联网、大数据、人工智能等获得迅猛发展，并在应用中产生大量数据。数据中心是存储、运算处理海量数据的实体，其规模不断扩大。数据中心是新型基础设施中的一项重要内容，各级政府一直都在思索如何实现其绿色化发展。在国家政策的引导下，经过多年的努力，绿色数据中心建设取得一定成效。文章主要分析了绿色数据中心的发展趋势，以期更好地落实党中央的各项要求，加快建设绿色数据中心。
关键词：数据中心；精密配电；绝缘监测；信息化
0引言
不管是个人数字信息、企业数据还是国家层面的安全数据，都需要数据中心这一基础设施进行连接与计算。当前，随着科学技术的发展，人工智能、物联网、云计算、5G移动通信等信息技术的出现，促使数据中心的需求较之前有明显增加。研究发现，全球数据中心基础设施的市场规模在2013年为284.4亿美元，经过几年的发展其规模获得大幅度增长，在2018年就已经达到626.3亿美元，其中我国从262.5亿元增长到1210.4亿元。数据中心的发展给整个社会带来翻天覆地的变化，为此，人们需结合时代发展潮流，更好地分析问题，并在时代发展中明确方向，抓住机遇，更好地迎接各种技术性的挑战与难题。
1数据中心的变化
1.1 单机柜功率密度高密化
传统数据中心技术水平不高，初期建设规划时不能充分考虑冗余度，单机柜功率密度控制在1～3kW。随着互联网技术的进一步发展、信息化时代的到来，数据中心的业务量*增加，单机柜功率密度在新建数据中获得大幅度的增长，已经达到4～10kW，甚至一些数据中心支持20～30kW。为促进互联网数据中心（InternetDataCenter，IDC）单位面积产值的显著提高，对于数据中心的技术人员而言，需要考虑的是将更多互联网技术（InternetTechnology，IT）设备放置在相同空间内。机柜的高密度变化，相应地会给配电、暖通*带来很大的挑战。在改造旧机房时，需全部拆除那些旧的配电、暖通设备，由此极易造成资源的严重浪费与运营成本的增加。
1.2 PUE值呈明显下降趋势
PUE（PowerUsageEffectiveness，电源使用效率）这一数值越接近1，则表示数据中心绿化程度更高，这也是当前衡量一个中心能源效率的重要指标。我国电源使用效率平均值在2.0～2.5之间。鉴于国家在2010年对数据中心并未提出任何要求，这时的PUE值为3.0，2013年新建中心的平均PUE值为1.5～1.8。2018年，北京市政府公布《北京市新增产业的禁止和限制目录》，这对于建设绿色节能数据中心至关重要，此时PUE值呈明显下降趋势。在全球能源日益紧张的情况下，为帮助数据中心实现可持续发展，就少不了政府的宏观调控。
1.3 建设方式的改变
数据中心中的基础建设工作本质是一项系统工程，极具综合性，以往在建造一栋楼宇时会配合供配电、空调、室内装修、柴油发电系统等设施，不利于后期扩容，灵活性不足，改造成本高。当前，比较流行的建设方式为整体规划、分步实施，结合业务发展情况真正做到随用随建，从而能够高效地开展建设工作，降低经济性、技术性贬值。
1.4 数据中心运营管理向智能化方向发展
物理上完成一座数据中心的建设以后，并不代表它的生命周期已经结束。其后的运维是数据中心得以发挥功能和作用的重要保障。传统数据中心多借助人力来开展运维管理，研究表明，技术问题在导致数据中心故障的全部因素中仅占有很小的比例，而人为失误大约占70%。当前，随着人工智能技术的发展，在运营管理中会应用更多的机器人，以此可将人工操作替代下来，从而降低故障发生率。
2绿色数据中心的发展方向
2.1 小母线末端配电的广泛应用
由于单机柜功率密度发展趋势渐趋高密化，在后续改造中传统列头柜短板比较明显。比如，很难实现列头柜扩容、变更，使用过的电缆无法重复利用，缺乏灵活性。而根据机柜负载，一般可以灵活地分配小母线，如扩容、调相等，小母线只需调整对应插接箱即可，整体线路无须调整。再加上列头柜通常会占用较大的空间，多个机柜都需要配备一个独立的列头柜，由此导致空间变得更加拥挤，而小母线具有一系列优点，如体积紧凑、占用空间小、走线简洁且直观，因此将其应用到大型数据中心可以节省很大的空间，也能够创造可观的经济效益。同时，小母线的使用寿命为40年，明显长于仅有10～15年的列头柜。经综合研究对比可知，小母线能够更好地应对机柜高密化的挑战。当前，小母线尚未广泛地应用到我国的数据中心中，这与建造成本这很大关系。随着功率密度的提高，建造者需要充分考虑成本与运维的边界性，*终做出合理选择，而数据中心后50m的极佳解决方案就在于小母线。
2.2 绿色节能技术及其他技术不断发展
绿色节能数据中心与我国绿色、可持续发展目标相符，因此在整个行业都在为实现绿色节能而努力。近年来，尽管其在制冷、传热学、材料科学等方面尚未取得显著进展，但是PUE值明显下降，这与一般逻辑不符，经深入探究发现，其与为实现节能而放宽了温湿度环境标准有关。之前数据中心所要求的温湿度范围相对狭窄，而机械制冷极易升高PUE值，消耗大量能源。现如今，随着环境要求的宽松，数据中心节能技术逐渐转变为自然冷却，机械制冷作为补充，由此*降低了非IT设备能耗与PUE值。同时，多家互联网企业也纷纷研制各种数据中心节能方案，如谷歌的海水冷却IDC、雅虎的鸡舍IDC、微软的潜水艇IDC以及脸书的风墙IDC等。绿色节能技术层出不穷并获得广泛应用，而其他新技术依然处于研究阶段，如高温服务器、液冷散热技术、余热回收再利用等。基于此，人们需准确抓住历史发展机遇，深入分析行业痛点，真正做到放眼于全世界，并制定切实可行的解决方案。
2.3工程建设实现快速部署
一些新兴技术迅猛发展，如云计算、人工智能、大数据、5G移动通信等，由此*增加了数据中心的业务需求，导致传统数据中心的建设方式无法满足时代发展需求。基于此，数据中心建设时可以选用模块化、预制化、产品化的方式，其中模块化数据中心所涉及的模块比较多，且事先已经在工厂生产中调试好，然后只需在现场安装即可，从而能够实现快速部署并有效缩短工程时间。目前，这类建设方式深受互联网巨头的认可，纷纷投入使用，为此，供应商也需要适当做出调整，这对于加快产品的升级换代至关重要，还需准确地抓住发展节点。
2.4 AI与智能DCIM的有效应用
人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是近几年的年度热词，也是不同领域需深入研究的重要方向，犹如20世纪末电脑行业的兴起。如何将新技术、场景深度融合起来，哪些场景能够实现人工智能、数据中心的有效结合，是建设者们重点考虑的问题。人工智能的一个显著的优势就在于在某些方面能够代替人工，避免或者降低因人为因素导致的故障，从单一重复性的劳动中解放人力。为此，人工智能与数据中心能够创造许多场景，比如，利用安防系统，能够帮助安保人员节省不必要的工作，如眼看、手摸、跑腿等，由此能够*提高该系统的智能化程度；在巡检系统中利用巡检机器来开展工作，如采集温湿度数据、检测可疑故障点等，不仅能够高效地开展工作，且能够进一步提升数据采集的准确度；在电力自动控制系统中利用人工智能技术，机器可以实现自主判断，及时采取甩负载措施来解决潜在的过载现象，以此能够更加可靠、稳定地运行重要负载；在数据中心中，利用智能数据中心基础设施管理（DataCenterInfrastructureManagement，DCIM）能够有效实现上述场景。相信在不久的将来，数据中心借助人工智能，可以真正从图纸走向现实。
2.5 设备布局、扩容工作进一步优化
当前，在一些地区所拟建的数据中心中，有的会对外提供托管服务（交换机、服务器）、存储、运维、开发服务，这些都属于PaaS、IaaS类型，具体在建设这类数据中心时难免会出现一些问题，比如，用户很难确定，导致无法及时确定数据中心的需求；即便一些用户能够进入园区，也会存在中途退出的情况。鉴于此，数据中心必须要具备一定的灵活应变能力与具有灵活的预案，以此才能确保机房建设标准、质量达标，满足长期安全使用的条件，且在信道、网络中需预留出足够的变动与冗余余地；在机房不间断电源（UninterruptiblePowerSupply，UPS）、空调设备位置为新设备预留出足够的扩充空间，或者站在整体角度制订一系列切实可行的解决方案，从而结合实际需求做好设备布局、扩容工
作。
3 安科瑞列头柜及监测产品介绍
随着数据中心的迅猛发展，数据中心能耗问题也越来越突出，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。
AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的，能够综合采集所有能源数据的智能系统，为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息，并可通过通讯将数据上传到动环监控系统，实现对整个数据机房的实时监控和有效管理，为实现全方位绿色IDC提供可靠保证。
3.1精密配电管理解决方案
3.1.1交流系统
（1）功能要求：
遥测：输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度；输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，缺相,过流，输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。
（2）配置方案-示意图
配置方案
多功能仪表 PZ72L-E4
电流互感器 AKH-0.66-30I-XXA/5A
3.1.2直流系统
（1）功能要求
遥测：输入分路的电压、电流、功率、电度；
遥信：输入分路的过压/欠压，输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计，实现电压、电流、功率等参数的越限功能。
（2）配置方案-示意图
配置方案
多功能仪表 PZ72L-DE
霍尔传感器 AHKC-F- XXA/5V
开关电源 SBD-30 （48V）
3.2产品规格
说明：■为标配功能。
3.3配套附件
4 结语
当前，随着5G移动通信技术的发展与不断成熟，数字化浪潮接踵而至，数据传输速率较之前相比获得显著提升，而数据量增长速度迅猛，还会给数据中心带来不小的压力，能源消耗很大。当前，为更好地缓解因数据量增长而给数据中心运转造成的压力，需要加快建设数据中心，不断降低运维成本，积极寻找节能化、绿色化发展道路。本文对数据中心的发展与变化情况进行分析，探索数据中心的发展方向，以期为更好地规划建设绿色数据中心提供一定参考。
【参考文献】
[1]乔卿丞.绿色数据中心发展趋势分析.中国管理信息化.2021-05-15.
[2]黄剑.探讨建设绿色数据中心成IDC产业发展潮流.中国新通信.2020(14):66.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版.
作者简介：王蒙蒙，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为数据中心精密配电的设计与应用
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