數據中心IDC配電系統優化與能源管理

馬學昆

（中通服建設有限公司，廣東 廣州 510095）

0 引 言

數據中心作為大數據的核心存儲和處理節點，正在經歷一個高速發展的時期，在面臨高安全、高可靠、高可用信息服務考驗的同時，巨大的電能消耗和巨額電費成本開支成為用戶尚待解決的一道難題。供配電系統為數據中心所有設備提供電力能源支撐，合理地供配電系統是數據中心安全可靠運營的基礎，也是實現數據中心綠色節能的主要方法。

1 數據中心IDC的配電系統和能源管理概況

1.1 數據中心IDC配電系統

數據中心IDC配電系統一般有以下的建設原則。首先，數據中心IDC配電系統需要長時間不間斷的持續運作，突然斷電會導致數據中心數據的丟失或者損毀。瞬時電流過大，可能會燒壞電路和儲存數據的元器件，給數據中心造成不必要的破壞。統計表明，在造成數據中心運營終端的原因中，由電源故障過電壓等導致的電壓偏差約占47.6%，居于首位。所以，配電系統的可靠性至關重要。業內相關統計數據表明，數據中心IT設備自身的電能消耗量只占數據中心總電能消耗量的57%左右。而43%左右的電能被基礎設施所消耗，主要包括配電和制冷。其中，配電系統電能消耗約占14%，包括UPS系統、電源、開關柜、開關裝置和變壓器等。因此，配電系統的最佳設計是數據中心的關鍵經濟因素之一，配電設備性能未充分使用會直接導致成本的浪費。

根據GB50174-2008標準，數據中心機房按重要性劃分為A、B、C三級。A級數據中心的供配電電源應按一級負荷中特別重要負荷考慮，應由兩個電源供電外，還應配置柴油發電機作為備用電源。B級數據中心應按一級負荷考慮，當不能滿足兩個電源供電時，應配置備用柴油發電機電源。C級應按二級負荷考慮，宜由兩個電源供電。

在建設數據中心IDC配電系統時，為了防止突然供電造成瞬時電流對電器元件的破壞，需要將外部的電源先輸入總配電柜，進行先行的處理，之后再將電力供應到數據中心的不同設備區。總的配電柜要有相應的防范火災設備，如果條件允許，可以設置煙霧自動報警系統，一旦有危險發生，可以自動隔離數據中心的不同區域，防止災情蔓延造成更大的損失。煙霧自動報警系統還可以及時通報有關部門，把意外災害對數據中心的破壞降到最低。數據中心IDC配電系統一般可以簡單分類為兩個部分：一個為主要的存儲數據、處理數據、傳輸數據的設備供電；另一個為數據中心員工日常進行供電。相比而言，為精密設備供電的供電系統需要更加穩定的電流和電壓，需要配備多條備用線路。員工用電系統可以參照普通建筑的供電標準建設。

1.2 數據中心IDC能源管理現狀

由于溫室效應和能源危機的影響，我國發展方式發生了翻天覆地的革命，在設施的規劃與建設方面發生了明顯的轉變，規劃發展低碳型經濟越來越重要。隨著我國科技的不斷發展，對大數據的需求越來越迫切，對數據中心的需求也越來越多。因此，我國的數據中心數量劇增。但是，當前的數據中心IDC供電系統卻存在著耗能過大、單位電能利用率低下等缺點，隨著數據的不斷增加，浪費的電力資源已形成相當的規模。究其原因可以發現，很多地方的數據中心一般都按照一個相同的標準建設，而某些地區對數據中心的需求較低，完全不需要讓數據中心的設備進行大功率運行，從而造成了能源的巨大浪費。并且，在數據中心的耗電占比表中，空調系統的耗電量非常龐大，有些地區完全可以依據當地氣候條件采用耗電量較低的設備對數據中心的電子器件進行降溫。我國是世界第一人口大國，再加上我國是世界上最大的發展中國家，在我國建設社會主義的道路上，能源的消耗非常大。如果不積極進行低碳型發展，會加速溫室效應的蔓延和嚴重程度，所以必須減少粗獷型使用能源的模式，改善我國能源管理質量，建成生態文明國家，在國際上樹立一個負責任的大國形象，為世界綠色化發展做出貢獻[1]。

2 數據中心IDC配電系統優化與能源管理

2.1 數據中心IDC配電系統優化設計

我國配電系統的改進應學習目前世界上較為先進的數據中心IDC配電系統設計。發達國家選用較多的配電系統有UPS配電系統和高壓直流配電系統，這兩種系統各有優缺點，需要各地區根據自己的需求進行相應選擇。下面將詳細介紹UPS配電系統的優劣和改進措施。UPS配電系統擁有良好的防止突然斷電設計，在主要的供電線路電流中斷時，供電系統可以自動迅速的切換到備用線路，UPS系統可以很好地保證數據中心的正常持續運行不會受到斷電影響。但是，UPS也有缺陷，因為在UPS系統中，通常會因為自身的原因導致數據中心斷電，因為UPS系統的設備故障率較高，且更換維護現有設備較難，不僅導致數據中心配電系統未來的頻繁維修，還會造成數據中心的運營成本增加。為了解決這個問題，需要在設計UPS配電系統時，設計備用線路和備用設備，并且二者要做到并聯，以保證在維護設備時，不影響數據中心的運行。

當前我國大數據發展迅速，數據中心需要不斷升級設備。隨著數據中心設備的增加，數據設備的運行功率不斷增加，對相對應配電系統的要求更加嚴格。由于UPS系統的設備更換較難，需要較高的更換成本。因此，在采用UPS供電系統時，需要提前考慮未來數據中心的發展狀況和電力需求，選擇具有較大負載功率的配電設備；但是，這種選擇會有一定的風險，也會造成建造成本過高。在當前技術條件下，較高負載的配電設備往往是較為先進的配電設備；因此，購買價格相較于數據中心進行升級后的價格必然很高。在選擇UPS配電系統時，一定要改進其單一設備的設計，增加備用設備和備用線路。

2.2 數據中心IDC節能措施

數據中心IDC的節能優化是一個需要進行全面分析，針對關鍵環節進行改進的工作。要加強各地數據中心的節能意識，節能意識不僅要從人員的培訓入手，還要從上層的管理入手。由上級機構依據當地數據中心的發展狀況，進行相應的節能目標設置，自上而下，逼迫數據中心進行相應的節能改革。設置目標時，要進行實地調查，查看當地數據中心耗能大的原因，并找出相應的解決措施。如果需要進行配電設備的更換和更新，需要對更換成本和設備繼續使用所造成的浪費成本進行對比，從而為是否更換設備提供決策依據[2]。要想降低數據中心的能耗，提升數據中心的能源使用效率，要對數據中心各設備的能耗進行準確估計與計算，通過引入設備級電源的監控，獲得數據中心最詳細的功耗信息，管理人員可以做出更好的決策，有助于充分優化電力和IT基礎設備的利用率。在空調系統的節能改進中，可以在某些時段利用外界自然風對設備進行降溫，如在北方冬季可以采用通自然風的方式進行相應的設備降溫。

3 結 論

數據是沒有被篩選處理的信息，當數據被系統地篩選和處理后，會得到很多有利于社會發展進步的信息。但是，大數據被應用的前提是數據中心的不間斷持續運行。數據中心IDC的持續運行需要可靠的綠色配電系統提供支持。然而，當今很多數據中心的配電系統存在耗能大、穩定性弱等缺點；因此，需要優化數據中心IDC的配電系統，改進數據中心IDC相應的節能措施，以促進我國發展綠色經濟，增強數據中心供電的穩定性。