淺談IDC機房用電量管理的應(yīng)用

呂建忠

（溫州市創(chuàng)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(shù)據(jù)中心正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節(jié)約成本的嚴峻挑戰(zhàn)，如何有效的利用電能受到越來越多的數(shù)據(jù)中心管理人員的關(guān)注，并成為未來數(shù)據(jù)中心的必然發(fā)展趨勢。

目前數(shù)據(jù)中心建設(shè)和維護的重點，已逐漸從限制空間轉(zhuǎn)換到考慮建筑物的承重性，而現(xiàn)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(yīng)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(wù)器級電量計量及機柜微環(huán)境監(jiān)測；

（3）決策分析：計量數(shù)據(jù)整理、加工、處理形成合理化建議；

（4）動態(tài)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(xiàn)設(shè)備動態(tài)控制；

（5）良性循環(huán)：形成標準化建設(shè)指導(dǎo)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(shù)據(jù)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(xiàn)IDC機房設(shè)備用電量的精細化管理；如何對用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析實現(xiàn)對設(shè)備自動的、智能的、動態(tài)的控制；如何形成標準化的規(guī)劃、建設(shè)、節(jié)能指導(dǎo)意見，最終推廣并實現(xiàn)IDC產(chǎn)業(yè)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(tǒng)應(yīng)用進行介紹和闡述。

1 用電安全可靠

數(shù)據(jù)中心增容、擴容的速度非常快，要保證安全、穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)要有整體的概念。變壓器、配電系統(tǒng)、發(fā)電機組、UPS系統(tǒng)、布線系統(tǒng)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(yè)務(wù)發(fā)展需要，將關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的用電安全，任何單一一個系統(tǒng)薄弱都將無法滿足供電安全要求，必須馬上對該環(huán)節(jié)進行改造擴容。

數(shù)據(jù)中心中每個機架都有預(yù)設(shè)限制電流，如果機架服務(wù)器總體電流即將超過限制電流，用電量管理系統(tǒng)則應(yīng)該提出預(yù)警，告知機架電流即將超標，請用戶控制服務(wù)器數(shù)量。

目前數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上下架管理仍處于不可控狀態(tài)，而IDC用電量管理系統(tǒng)監(jiān)控程序則能在工作人員增加或移除設(shè)備時向系統(tǒng)做出預(yù)警，使服務(wù)器、設(shè)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(chǔ)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(shù)據(jù)計量

傳統(tǒng)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(chǔ)設(shè)備消耗掉的、哪些是服務(wù)器消耗掉的。現(xiàn)在創(chuàng)力已經(jīng)實現(xiàn)了深入到服務(wù)器一級的電壓、電流、有功功率、功率因素等參數(shù)的精確計量及機柜內(nèi)微環(huán)境溫度、濕度、風壓等的檢測、服務(wù)器內(nèi)微環(huán)境溫度的檢測，能夠自動統(tǒng)計某個時間段（分、小時、天、月、季度、年）某列柜某設(shè)備柜某服務(wù)器的用電量數(shù)據(jù)及環(huán)境量數(shù)據(jù)或者某范圍的設(shè)備的總用電量，并生成用電統(tǒng)計報表。

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

（2）固定資源統(tǒng)計

目前數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)備（機房空間規(guī)劃、電纜鋪設(shè)、建筑結(jié)構(gòu)、氣流組織、冷卻系統(tǒng)、配電系統(tǒng)）、服務(wù)器設(shè)備與能耗管理三者之間未產(chǎn)生任何交集，各自只做到基礎(chǔ)設(shè)備在降低能耗上的解決方案及服務(wù)器設(shè)備在降低能耗上的解決方案，還未有一種能夠?qū)⑷叨伎紤]進去的全方位解決方案。創(chuàng)力用電量管理系統(tǒng)則統(tǒng)計了服務(wù)器配置、服務(wù)器群配置、房屋位置、結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境、市電種類、電纜長度、空調(diào)配置，為分析基礎(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備和用電成本之間的關(guān)系提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如圖2所示）。

圖2 創(chuàng)力用電量管理系統(tǒng)

3 決策分析

用電量管理決策分析系統(tǒng)有了前面的精確計量提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后會對數(shù)據(jù)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(tǒng)可實現(xiàn)任意時刻（時段）某服務(wù)器、某設(shè)備柜、某段設(shè)備柜，某列頭柜的用電功率、用電總量的分析，并對數(shù)據(jù)進行各項橫比、同比、環(huán)比，再綜合歷年同期數(shù)據(jù)的增長變化趨勢以及本年度各月增長加速曲線，預(yù)測下時期內(nèi)某個（某段）設(shè)備的電量。

經(jīng)過對數(shù)據(jù)的橫向比較、同比、環(huán)比，可以對空調(diào)、照明、高低壓配電、發(fā)電機組、UPS系統(tǒng)的耗能異常分別進行告警和分析，例如運行了多年的空調(diào)設(shè)備，會附著很多油膩的灰塵。這些灰塵會造成蒸發(fā)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(diào)用電量超歷史同期空調(diào)用電量5%（可設(shè)）用電量管理系統(tǒng)將發(fā)出告警，結(jié)合引起告警的原因（如根據(jù)歷史清洗時間確定蒸發(fā)器未及時清洗等），按算法給出及時清洗蒸發(fā)器等，保持蒸發(fā)器通暢等合理調(diào)整建議。

用電量系統(tǒng)能為同IDC機房同時期提供節(jié)能測評數(shù)據(jù)，為相似工況的基礎(chǔ)設(shè)備能量消耗、服務(wù)器設(shè)備能量消耗提供評估數(shù)據(jù)，為以后篩選高效率動力、節(jié)能設(shè)備提供依據(jù)。

由于IDC機房內(nèi)安裝有大量不同規(guī)格的服務(wù)器、變頻空調(diào)等非線性設(shè)備，致使供電系統(tǒng)中產(chǎn)生了較多的諧波。過多的諧波嚴重影響了供電系統(tǒng)電能質(zhì)量，并對現(xiàn)網(wǎng)運行的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生危害，同時諧波通過在供電系統(tǒng)內(nèi)流動發(fā)熱，會浪費電能，用電量管理系統(tǒng)通過分析供電質(zhì)量，如果設(shè)備諧波指標不符合相對應(yīng)要求，可提出在設(shè)備定貨時應(yīng)配定相應(yīng)的濾波設(shè)備或增加相應(yīng)的治理諧波設(shè)備的建議。

4 動態(tài)控制

在系統(tǒng)對數(shù)據(jù)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(guān)閉、開啟、優(yōu)化設(shè)備來實現(xiàn)用電量的智能管理，實現(xiàn)電量的動態(tài)控制，最終在保證設(shè)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(tài)控制就類似水利、公路的錯峰設(shè)計，錯峰通過水庫或其他調(diào)節(jié)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(tài)控制是電源的硬件和系統(tǒng)設(shè)置的集合，可以幫助節(jié)省能量、使系統(tǒng)性能最大化，或者使二者達到平衡。動態(tài)控制可以對任何電源計劃的設(shè)置進行更改，例如三種默認計劃（“已平衡”、“節(jié)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(chǔ)來創(chuàng)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(wǎng)的波峰波谷特性，采取了動態(tài)控制后，同樣的電力條件下，機柜可以擺放更多的服務(wù)器。

在IDC的服務(wù)器托管業(yè)務(wù)方面系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)相連接，實現(xiàn)電費的自動結(jié)算。為提高服務(wù)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(jīng)驗后系統(tǒng)會以短信、語音、工單等方式通知維護人員，如果設(shè)備用電出現(xiàn)異常或者設(shè)備微環(huán)境出現(xiàn)變化都會及時通知人員及時處理，設(shè)備的險情能得到最大程度的控制，避免異常情況擴大。

系統(tǒng)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(chǎn)生的原因、處理的方法及注意的事項等告警相關(guān)的所有信息，在系統(tǒng)產(chǎn)生某告警時，系統(tǒng)會根據(jù)告警信息自動的去知識庫中查找到和告警信息相關(guān)的記錄信息，并根據(jù)記錄內(nèi)容提醒維護人員進行相關(guān)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(jù)告警信息量建議下月數(shù)據(jù)中心用電控制管理的工作任務(wù)。

5 良性循環(huán)

在實現(xiàn)了某機房最佳的動態(tài)科學(xué)管理后，加強IDC產(chǎn)業(yè)可持續(xù)的運營管理能力；對于該機房得到的經(jīng)驗庫，系統(tǒng)形成合理的IDC機房空間規(guī)劃標準、省電節(jié)能的服務(wù)器設(shè)備規(guī)范、IDC機房空調(diào)節(jié)能標準、IDC機房配線工程規(guī)范等等標準化建設(shè)提供了指導(dǎo)意見，大大提高IDC產(chǎn)業(yè)管理效率和能源利用率。