淺談IDC機房用電量管理的應用

呂建忠

（溫州市創力電子有限公司）

隨著全球氣候日趨變暖、能源日趨緊張、能源成本不斷上漲，高能耗數據中心正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節約成本的嚴峻挑戰，如何有效的利用電能受到越來越多的數據中心管理人員的關注，并成為未來數據中心的必然發展趨勢。

目前數據中心建設和維護的重點，已逐漸從限制空間轉換到考慮建筑物的承重性，而現在就開始考慮用電量了，IDC機房用電量管理需求可以歸納為以下5個階段的演進歷程（如圖1所示）：

圖1 IDC機房用電量管理演進歷程

（1）用電安全可靠：保證電源的可靠供應及用電使用的安全性；

（2）精確計量：精確的列柜級、機柜級、服務器級電量計量及機柜微環境監測；

（3）決策分析：計量數據整理、加工、處理形成合理化建議；

（4）動態自動控制：通過錯開高峰期控制、維護通知控制、過載控制實現設備動態控制；

（5）良性循環：形成標準化建設指導意見，提高機房能源利用率與機房管理效率。

目前IDC機房的用電量管理仍停留在初級階段，部分數據中心已向計量方向邁進，但是仍停留在粗獷式列柜級計量層面，如何實現IDC機房設備用電量的精細化管理；如何對用電數據統計分析實現對設備自動的、智能的、動態的控制；如何形成標準化的規劃、建設、節能指導意見，最終推廣并實現IDC產業的能源高利用率、管理高效率、投資高回報率是值得我們思考的。本文從5個方面就目前IDC機房用電量管理系統應用進行介紹和闡述。

1 用電安全可靠

數據中心增容、擴容的速度非常快，要保證安全、穩定、可靠的電力供應要有整體的概念。變壓器、配電系統、發電機組、UPS系統、布線系統等是否滿足整體供電容量的需求、是否均衡安全可靠、是否滿足未來業務發展需要，將關系到數據中心的用電安全，任何單一一個系統薄弱都將無法滿足供電安全要求，必須馬上對該環節進行改造擴容。

數據中心中每個機架都有預設限制電流，如果機架服務器總體電流即將超過限制電流，用電量管理系統則應該提出預警，告知機架電流即將超標，請用戶控制服務器數量。

目前數據中心的服務器上下架管理仍處于不可控狀態，而IDC用電量管理系統監控程序則能在工作人員增加或移除設備時向系統做出預警，使服務器、設備柜的變更過程變得可控。

2 精確計量

這一層次的需求滿足需建立在用電安全可靠的基礎上，如果用電的安全可靠都不能保證，那么精確計量就無從談起，精確計量主要從以下兩個方面著手：

（1）數據計量

傳統IDC機房中計量仍停留在列柜級的計量階段，這種計量層面難以了解機房中電量具體消耗在什么地方、電量消耗中哪些是基礎設備消耗掉的、哪些是服務器消耗掉的。現在創力已經實現了深入到服務器一級的電壓、電流、有功功率、功率因素等參數的精確計量及機柜內微環境溫度、濕度、風壓等的檢測、服務器內微環境溫度的檢測，能夠自動統計某個時間段（分、小時、天、月、季度、年）某列柜某設備柜某服務器的用電量數據及環境量數據或者某范圍的設備的總用電量，并生成用電統計報表。

這些數據也可通過智能口上傳到用電量管理系統，為決策分析提供理論基礎、為收取電費提供依據、為用電容量控制提供數據。

（2）固定資源統計

目前數據中心基礎設備（機房空間規劃、電纜鋪設、建筑結構、氣流組織、冷卻系統、配電系統）、服務器設備與能耗管理三者之間未產生任何交集，各自只做到基礎設備在降低能耗上的解決方案及服務器設備在降低能耗上的解決方案，還未有一種能夠將三者都考慮進去的全方位解決方案。創力用電量管理系統則統計了服務器配置、服務器群配置、房屋位置、結構、周圍環境、市電種類、電纜長度、空調配置，為分析基礎設備、服務器設備和用電成本之間的關系提供基礎數據（如圖2所示）。

圖2 創力用電量管理系統

3 決策分析

用電量管理決策分析系統有了前面的精確計量提供的基礎數據后會對數據進行進一步整理、加工、處理，為管理者提供更加有用的決策建議。

系統可實現任意時刻（時段）某服務器、某設備柜、某段設備柜，某列頭柜的用電功率、用電總量的分析，并對數據進行各項橫比、同比、環比，再綜合歷年同期數據的增長變化趨勢以及本年度各月增長加速曲線，預測下時期內某個（某段）設備的電量。

經過對數據的橫向比較、同比、環比，可以對空調、照明、高低壓配電、發電機組、UPS系統的耗能異常分別進行告警和分析，例如運行了多年的空調設備，會附著很多油膩的灰塵。這些灰塵會造成蒸發器局部堵塞，使風量降低、冷量減小、制冷效果下降，同時耗電量增加，這時如果實測空調用電量超歷史同期空調用電量5%（可設）用電量管理系統將發出告警，結合引起告警的原因（如根據歷史清洗時間確定蒸發器未及時清洗等），按算法給出及時清洗蒸發器等，保持蒸發器通暢等合理調整建議。

用電量系統能為同IDC機房同時期提供節能測評數據，為相似工況的基礎設備能量消耗、服務器設備能量消耗提供評估數據，為以后篩選高效率動力、節能設備提供依據。

由于IDC機房內安裝有大量不同規格的服務器、變頻空調等非線性設備，致使供電系統中產生了較多的諧波。過多的諧波嚴重影響了供電系統電能質量，并對現網運行的相關設備產生危害，同時諧波通過在供電系統內流動發熱，會浪費電能，用電量管理系統通過分析供電質量，如果設備諧波指標不符合相對應要求，可提出在設備定貨時應配定相應的濾波設備或增加相應的治理諧波設備的建議。

4 動態控制

在系統對數據進行分析并給出合理化的建議后，就需要人為或者自動的去關閉、開啟、優化設備來實現用電量的智能管理，實現電量的動態控制，最終在保證設備性能的前提下使電能得到最合理的分配。

這時的用電動態控制就類似水利、公路的錯峰設計，錯峰通過水庫或其他調節水體的措施，使兩個以上不同水源地的洪峰相遇的時間錯開。錯峰，不同支流上同時流過的水會多些；而不錯峰，對干支路的寬度要求就高些。用電量的動態控制是電源的硬件和系統設置的集合，可以幫助節省能量、使系統性能最大化，或者使二者達到平衡。動態控制可以對任何電源計劃的設置進行更改，例如三種默認計劃（“已平衡”、“節能程序”和“高性能”）。如果這些計劃不滿足您的需要，可以方便地以其中一個默認計劃為基礎來創建自己的計劃，這種方式可以避免觸碰機房機柜的電流限制，合理利用了電網的波峰波谷特性，采取了動態控制后，同樣的電力條件下，機柜可以擺放更多的服務器。

在IDC的服務器托管業務方面系統增加了電費繳納管理，給用戶提供了一套完整的用電計費、收費、繳費等管理手段（如：每個柜有限制電量，限制之內標準收費，限制之外高標準收費；按時段收費，用電高峰期一個收費標準，用電波谷期另外一個收費標準）。并可與運營管理收費系統相連接，實現電費的自動結算。為提高服務水平、加強用戶管理提供了手段。

在決策分析給出合理化維護經驗后系統會以短信、語音、工單等方式通知維護人員，如果設備用電出現異常或者設備微環境出現變化都會及時通知人員及時處理，設備的險情能得到最大程度的控制，避免異常情況擴大。

系統能夠提供一個用電量管理告警管理界面，在該界面中可以記錄下告警產生的原因、處理的方法及注意的事項等告警相關的所有信息，在系統產生某告警時，系統會根據告警信息自動的去知識庫中查找到和告警信息相關的記錄信息，并根據記錄內容提醒維護人員進行相關的操作，維護人員可以把本次的處理的心得輸入到用電量管理知識庫中，并根據告警信息量建議下月數據中心用電控制管理的工作任務。

5 良性循環

在實現了某機房最佳的動態科學管理后，加強IDC產業可持續的運營管理能力；對于該機房得到的經驗庫，系統形成合理的IDC機房空間規劃標準、省電節能的服務器設備規范、IDC機房空調節能標準、IDC機房配線工程規范等等標準化建設提供了指導意見，大大提高IDC產業管理效率和能源利用率。