摘要：為了實(shí)現大型數據中心高低壓配電設備的安全、可靠、自動(dòng)化運行，提出了融入傳統配電自動(dòng)化技術(shù)的新型數據中心電力監控設計。新型監控系統是集計算機技術(shù)、數據傳輸、自動(dòng)化控制技術(shù)、智能管理于一體的綜合監控管理系統，不僅提高整個(gè)數據中心的可靠性、靈活性，而且對提升數據中心的運維管理水平有很大的幫助。

關(guān)鍵詞：數據中心；電力監控；控制自動(dòng)化

引言

隨著(zhù)信息化技術(shù)和IT技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)的業(yè)務(wù)和數據從分散部署走向集中，數據中心的數量、規模也在不斷的增長(cháng)，配套的電力基礎設施也日益增多，因此，傳統的監視監控系統已無(wú)法滿(mǎn)足大型數據中心電力設備的運維需求，新的電力監控系統需以標準性、可靠性、可用性、先進(jìn)性為技術(shù)原則，采用標準化設計，同時(shí)實(shí)現配電 設備遠程控制及就地自動(dòng)化。

一、電力監控系統結構設計

新型電力監控系統采用傳統的工業(yè)自動(dòng)化與IT技術(shù)相結合方式，以標準化、集成化、智能化、國際化、組件化設 計理念，支持數據中心各個(gè)智能設備的集成監控。其中系統將采用分層、分布、以太網(wǎng)結構，由站控層、 間隔層及網(wǎng)絡(luò )設備組成，雙網(wǎng)均能同時(shí)進(jìn)線(xiàn)數據通信，能實(shí)現網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫切換，確保監控系統的高可靠性。

站控層采用雙以太網(wǎng)冗余結構，根據需要可設置數據庫服務(wù)器、電氣操作員站、電氣工程師站、打印機以及負責與其它系統通信的管理裝置，形成電氣系統監控中心。整個(gè)監控系統采用面向對象、模塊化設思想，遵循國際標準，符合開(kāi)系統的設計要求一。

網(wǎng)絡(luò )層主要由通信管理單元、交換機等組成。對于10kV綜保裝置，可采用以太網(wǎng)方式直接接入交換機；對于低壓智能儀表、UPS、空調、變壓器、直流屏、配電柜等裝置，采用通信管理單元實(shí)現規約轉換和裝置通信。通過(guò)“功能插件"可獲得強大的擴展功能，實(shí)現即插即用。

間隔層可由就地各變電所，劃分成變電所（一）、變電所（二）、變電所（三）、變電所（四）等子站構成口在站 控層網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，間隔層須能完成間隔層的監測 和斷路器的就地控制功能。其中保護測控裝置、通訊管理機 通過(guò)以太網(wǎng)口直接接入系統雙網(wǎng)。

二、電力監控系統功能設計

電力監控系統需要充分考慮電力設備自動(dòng)化系統的各中 應用需求，采用一體化設計，強大的集成化平臺，實(shí)現系統配置管理、實(shí)時(shí)數據庫管理、網(wǎng)絡(luò )通訊管理、圖像管理、權限管理、告警功能、報表功能、一體化五防、操作票管理、程序化控制、保護信息管理、WEB信息發(fā)布、操作員仿真培訓等數據中心電力設備日常運維所需功能。具體功能設計如下：

1）具備程序化操作功能：可在監控室監控平臺上實(shí)現對開(kāi)關(guān)柜的自定義操作控制。

2）具備OPC接口及相關(guān)協(xié)議，實(shí)現與數據中心其它系統連接。

3）監控系統軟件應包括但不限于操作系統、數據庫、支撐軟件、應用軟件等所有軟件。

4）顯示畫(huà)面：包括主接線(xiàn)圖、設備分畫(huà)面、實(shí)時(shí)狀態(tài)參數、保護信息、告警信息等，其中接線(xiàn)圖中的帶電設備須具有顏色標識口。

5）數據采集與處理：模擬量主要包括電壓、電流、頻率、功率因數、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度、溫度等；開(kāi)關(guān)量包括開(kāi)關(guān)位置、事故信號和預告信號、自動(dòng)裝置投入及退出信號、開(kāi)關(guān)當地/遠動(dòng)操作位置信號、變壓器溫度告警信號、超溫跳閘信號等；事件信號包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變位、綜合保護裝置動(dòng)作信號、控制操作及操作后狀態(tài)變化 等以及事件發(fā)生的時(shí)刻、事件性質(zhì)和名稱(chēng)。

6）操作控制功能：提供完備的操作控制功能，包括遙控、遙調、保護壓板投退、保護定值整定、信號復歸等。同時(shí)控制支持閉鎖功能。

7）告警處理：告警應能分層、分級、分類(lèi)處理，起到事件的過(guò)濾作用，能現場(chǎng)自定義配置告警的處理方式設置預告信號和事故信號，并產(chǎn)生不同的音響告警及閃光，自動(dòng)推出相應畫(huà)面，對應事故、故障設備的圖形發(fā)生閃動(dòng)變位，窗口提示事件內容及處理指導告警信號可在監控主機上人工確認復歸，告警同時(shí)啟動(dòng)事件打印輸出功能。

8）事故追憶及顯示畫(huà)面：動(dòng)作發(fā)生時(shí)，系統自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)的測量數據記錄，供系統進(jìn)行事故追憶。要求系統可追憶事故前后全站各個(gè)間隔的測量數據。并提供曲線(xiàn)、表格等形式選擇想要查看的事故追憶數據。

9）歷史數據存儲:系統主站設有歷史數據庫，記錄實(shí)時(shí)參數數據、統計數據、變位、告警、操作記錄等，并能保存一年以上。同時(shí)支持歷史數據以移動(dòng)存儲設備方式進(jìn)行備份。

10）數據報表：能提供功能強大、靈活自如的報表編輯工具。能提供典型報表模板，支持自定義編輯及Excel格式導出。報表可顯示數據包括：各種歷史采樣數據；各種統計值，如平均值、峰谷平值等，報表顯示支持數值、曲線(xiàn)、棒圖、餅圖等。

11）能耗管理：按設備、變電所統計顯示能耗情況，同時(shí)可實(shí)時(shí)顯示數據中心PUE值，顯示方式包括折線(xiàn)圖、餅狀圖、柱狀圖等（PUE值二設備總能耗/IT設備能耗）。

12）保護定值修改：監控主機能顯示各線(xiàn)路的保護配置 并能對所有保護定值進(jìn)行設置和修改，也能對各保護功能進(jìn)行投退，以適應開(kāi)關(guān)所內保護多種運行方式。

13）諧波分析功能：能對電壓、電流諧波分析，奇次、 偶次、總諧波越限等多種啟動(dòng)方式，顯示諧波頻譜圖以及總諧波畸變率等。

14）一體化五防功能：可根據運行要求完成操作票的生成、預演、打印、執行、記錄；對操作口令、操作權限不符的操作具有閉鎖功能，并在屏幕上顯示拒絕執行的原因；操作過(guò)程中應能實(shí)時(shí)、準確采集現場(chǎng)數據，保證與實(shí)際一次設備狀態(tài)的一致性。

15）管理：系統軟件設置支持多種權限分區和密級設置，需系統管工程師、一般值班操作人員等提供，并對所有操作自動(dòng)進(jìn)行帶時(shí)標事件記錄，可建立良好的反事故措施。

16）系統對時(shí)：監控系統配置衛星時(shí)鐘設備，以接收標準授時(shí)信號，對站控層各工作站及間隔層各單元等 有關(guān)設備的時(shí)鐘進(jìn)行校正。

17） WEB瀏覽功能：實(shí)現WEB方式實(shí)時(shí)瀏覽設備狀態(tài)、采集參數、告警信息等.并與電力監控系統作正向隔離。

18）聯(lián)動(dòng)功能：通過(guò)與監控系統的數據交互，實(shí)現聯(lián)動(dòng)；通過(guò)與門(mén)禁系統的數據交互，實(shí)現變電所相關(guān)門(mén)禁信息查詢(xún)口。

19 ）系統滿(mǎn)足如下性能指標：

•系統遙信響應時(shí)間W 2s

•遙測響應時(shí)間W 3s

•遙控響應時(shí)間W 3s

•站內事件順序記錄分辨率W 2ms

•畫(huà)面實(shí)時(shí)數據更新W 3s

•系統平均間隔時(shí)間（MTBF）N 20000h

三、數據中心自動(dòng)化控制設計

電力設備自動(dòng)化控制在傳統的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應用，例如在火電廠(chǎng)，不但提高了電廠(chǎng)的自動(dòng)化運轉，更加強了其管理，提升了系統可靠性，避免人為誤操作事故等。因此，加強對大型數據中心電力電氣自動(dòng)化的技術(shù)運用，將成為數 據中心實(shí)現“可靠、節能"運轉的前提之一。以標準的兩段母線(xiàn)分列運行的數據中心為例，自動(dòng)化控制設計如下：1）數據中心10KV母線(xiàn)電源在市電正常、一路市電斷電、 兩路市電斷電工況下開(kāi)關(guān)的自動(dòng)化切換，其中電進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、發(fā)電機進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)如下：

2）數據中心在10KV母線(xiàn)在兩路市電斷電后，切除所有變壓器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)，待應急發(fā)電供電時(shí)，各變壓器出線(xiàn)開(kāi)關(guān)能分級自動(dòng)合閘，以便柴油發(fā)電機組分階加載，從而實(shí)現柴油發(fā)電機的正常供電，避免因啟動(dòng)負荷太大導致油機宕機的事故。

圖3 饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)

四、智能設備監控需求設計

隨著(zhù)數據中心的發(fā)展，基礎設施設備的數量也在不斷的增加，電力監控系統需將所有設備有效的集中監控起來(lái)，實(shí)時(shí)觀(guān)察各個(gè)設備的狀態(tài)，確保數據中心可靠地運行。

1）柴油發(fā)電機并機管理系統監控需求：

柴油發(fā)電機組電壓、電流、頻率、轉速、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、機油壓力、水溫、發(fā)電機繞組/渦輪溫度、電池電壓、運行小時(shí)等運行參數、機組手動(dòng)/自動(dòng)、運行/停機/自動(dòng)/負載試驗等工作狀態(tài)。燃油低位、發(fā)動(dòng)機低溫、機油低壓發(fā)動(dòng)機高溫、電池低壓、電池高壓、起動(dòng)失敗、機油低壓、發(fā)動(dòng)機高溫、發(fā)電機電壓過(guò)高/低、頻率過(guò)高/低、過(guò)電流、逆功率、同步失敗、發(fā)電機內部相間短路、開(kāi)關(guān)不在自動(dòng)位告警等告警信號。

2）測試負載監控需求：電壓、電流、頻率、功率因數、有功功率等參數、手動(dòng)/自動(dòng)、運行/停機等工作狀態(tài)、系統短路、風(fēng)機故障、高溫故障、急停、過(guò)電壓、 過(guò)電流等告警信號。

3）埋地油罐及油泵系統監控需求：日用油箱和埋地油罐油位顯示、液位告警和油溫、供油泵工作和故障狀態(tài)等信息。

4）UPS不間斷電源監控需求：輸入電壓/電流/功率、輸出電壓/電流/功率、電 池電壓、THD、UPS運行狀態(tài)以過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)溫告警等信號

5）UPS蓄電池組巡檢儀監控需求：電池電壓、溫度、充放電電流等參數及告警信號。

6）直流屏監控需求：輸入輸出電壓、電池電壓/電流等參數、過(guò)/欠壓、絕緣下降等告警信號、浮充、均充運行狀態(tài)

7）變壓器監控需求：實(shí)時(shí)監測溫度、扌艮警信號等。

8）空調監控需求：實(shí)時(shí)監測溫度、濕度、運行/停機狀態(tài)、告警信號等。

9）電容補償柜監控需求:實(shí)時(shí)監測電流、功率、功率因數、溫度、告警信號等。

10）低壓智能儀表監控需求：實(shí)時(shí)監測每一回路的電壓、電流、頻率、功率因數、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、 無(wú)功電度等。

五、安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統平臺組成

安科瑞電氣緊跟數據中心發(fā)展形式，推出AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案，包含有電力監控、動(dòng)環(huán)監控、消防監控、能耗統計分析、智能照明控制以及新能源監測幾個(gè)子系統。集成了變配電監測、電源備自投、電氣接點(diǎn)測溫、智能照明控制、電能質(zhì)量監測及治理、蓄電池在線(xiàn)監測、配電監控、智能母線(xiàn)監控以電氣火災、應急照明及疏散指示等多種子功能，能夠幫助用戶(hù)實(shí)時(shí)掌握數據中心的運行情況，保障數據中心可靠、節約、有序、低碳的運行，輔助運維團隊提升數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

六、電力監控解決方案

電力監控系統實(shí)現對數據中心中低壓配電系統、UPS、蓄電池組、ATS/STS、精密配電柜、電源支路電流、PDU機柜電源以及其它重要設備進(jìn)行監視、測量、記錄、報警等功能，實(shí)時(shí)掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高數據中心供電可靠性。

七、平臺部署硬件選型

八、結束語(yǔ)

數據中心電力監控系統采用自動(dòng)化控制技術(shù)是傳統數據 中心監控系統的重大變革，其技術(shù)水平將不斷提高，監控網(wǎng) 絡(luò )結構也在不斷地改進(jìn)。應在滿(mǎn)足運維需求的條件下，不斷 開(kāi)拓設計思路，運用新原理、新技術(shù)，優(yōu)化設備工藝，以滿(mǎn) 足數據中心不斷發(fā)展的需求

參考文獻

[1]黃益莊,變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)中國電力出版社

[2]秦建華.變電站綜合自動(dòng)化系統通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的研究和應用四川大學(xué)

[3]金午橋.變電站自動(dòng)化系統的發(fā)展策略電力系統自動(dòng)化

[4]GB50062 - 92《電力裝置的繼電保護和自動(dòng)裝置設計規范》

[5]DL5003 - 91《電力系統高度自動(dòng)化設計技術(shù)規程》

[6]李昌旺.豐剛明.吳遠培.淺析新型數據中心電力監控設計

[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊. 2022.05版