摘要：“節能減排"是世界關(guān)注的熱點(diǎn)話(huà)題，遏止全球氣候變暖，保護有限地球資源，減少能源浪費，推廣應用節能技術(shù)是的努力目標。通信行業(yè)作為國民經(jīng)濟重要組成部分，數據中心耗電量約占全國總能耗的2%，屬于能耗密集型企業(yè)。數據中心能耗管理系統利用監控技術(shù)對數據中心用能設備的能耗消耗情況進(jìn)行“采集、整理、分析"，從而實(shí)現對數據中能耗從粗放式管理到精細式管理的轉變，提升機房能耗管理能力，達到節能減排目標。本文針對數據中心能耗管理系統工作原理、實(shí)際運行及應用意義進(jìn)行了介紹和說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：數據中心；能源管理；PUE；節能技術(shù)

我國明確提出貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān)，提出建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )的發(fā)展理念，包括通信行業(yè)在內的社會(huì )各行各業(yè)都為實(shí)現加快旅社發(fā)展、構建生態(tài)文明的發(fā)展目標努力。隨著(zhù)我國“互聯(lián)網(wǎng)+"、大數據、云計算、AI技術(shù)、數字經(jīng)濟、5G技術(shù)等產(chǎn)業(yè)政策的落地，我國數據中心市場(chǎng)仍將處于快速發(fā)展期。工業(yè)和信息化部在《關(guān)于加強“十三五"信息通信節能減排工作的指導意見(jiàn)》強調要求到2020年新建大型、超大性數據中心的能耗效率（PUE）值達到1.4以下。無(wú)論是國家和社會(huì )整體勢指引，還是數據中心自身成本節約和效率的提高，通信領(lǐng)域節能減排都是一個(gè)重要而艱巨的工作。

數據中心由當地電網(wǎng)或專(zhuān)用的發(fā)電設施提供電力供應，通過(guò)變、配電等過(guò)程處理后，為數據中心的用電負荷提供穩定電源。數據中心的電能消耗一般包含以下組成部分：

1.1 IT設備包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò )等不同類(lèi)型的設備，用于承載在數據中心運行的應用系統，并為用戶(hù)提供信息處理和存儲、通訊等服務(wù)。

1.2數據中心制冷設備是為保證IT設備運行所需溫、濕度環(huán)境而建立的相關(guān)配套設施，主要包括：空調設備、冷源設備、送回風(fēng)設備等。

1.3數據中心變配與電源系統，包括發(fā)電機、變壓器、配電柜、UPS（不間斷電源）、HVDC（高壓直流）、電池、列頭柜、PDU等設備組成，提供符合設備使用要求的電壓和電流，保障用電安全性和可靠性。

1.4數據中心中其它消耗電能的基礎設施，包括照明系統、安防系統、消防系統以及相關(guān)數據中心監測管理系統等。

節能的首要任務(wù)就是要掌控能耗的使用情況，然后加以統計、計算、分析，優(yōu)化能耗分配方案。數據中心針對用電情況建立一套全面有效的一體化信息解決方案———能源管理系統，實(shí)現數據中心對所有能源消耗進(jìn)行數據分析、整理、管控的要求，滿(mǎn)足數據中心每個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)的管理及維護訴求，實(shí)現能耗準確管理模式，幫助數據中心“向管理要效益、憑技術(shù)促節能"。

2.1數據中心能源管理系統架構

能源管理系統由三部分組成：能耗監管中心、通訊服務(wù)及能源數據采集。能耗監管中心：主要實(shí)現對所有能耗數據的集成和管理。通過(guò)管理層的能耗數據采集、匯總、統計、對比、分析和直觀(guān)展現，并提供用戶(hù)人機界面、數據報表。用戶(hù)可以根據這些分析結果進(jìn)行能耗的對標管理、制定考核、管理制度、提供能源決策依據。通訊服務(wù)：負責將現場(chǎng)設備層的電力儀表通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)形式所采集的相關(guān)信息數據轉換為網(wǎng)絡(luò )形式的信號，并進(jìn)行組合和轉發(fā)。能源數據采集：實(shí)現底層數據采集，主要是底層電力儀表，電力儀表需具備RS485通訊接口，標準Modbus通訊協(xié)議。

2.2數據中心能源管理系統業(yè)務(wù)能力

能源管理系統，以數據采集處理平臺為核心，不僅擁以下常用功能模塊，還可針對數據中心實(shí)際需求實(shí)現功能定制。

2.2.1數據接收模塊

數據中心能源數據存儲結構復雜并不能直接對能耗分析、輔助決策提供支持，模塊把各種復雜的的能源數據變成基于相同平臺并且具有相同結構的符合終用戶(hù)邏輯的數據，進(jìn)而轉化為有效信息和數據。

2.2.2數據處理模塊

數據處理是對數據（包括數值的和非數值的）進(jìn)行分析、加工的技術(shù)過(guò)程，包括對各種實(shí)時(shí)數據、設備數據等分析、整理、計算、編輯等的加工和處理，并可根據需要進(jìn)行自定義分類(lèi)分項，以便于進(jìn)行數據的分類(lèi)分項統計。

2.2.3能源監測模塊

能源監測功能模塊通過(guò)工藝圖、數據列表、曲線(xiàn)圖、餅圖等方式實(shí)現數據中心能源實(shí)時(shí)工況監控、歷史運行情況查詢(xún)、超限預警與異常告警等功能，及時(shí)發(fā)現能源安全問(wèn)題，并可以監視開(kāi)關(guān)、閥門(mén)、泵機、空調、空壓機等設備的運行狀態(tài)。

2.2.4報警管理模塊

模塊提供能夠對能耗數據快速反應的異常報警功能模塊，包括實(shí)時(shí)數據上限、下限、超出指標報警、復合報警、累積量報警、瞬時(shí)量報警、時(shí)間段平均值報警、數據總線(xiàn)層服務(wù)報警、Web展示層應用錯誤報警、系統操作錯誤報警、能耗超管理值報警、能耗超標準報警等，方便時(shí)間發(fā)現能源使用、設備運行、用能質(zhì)量、用能不平衡等方面的異常。

2.2.5能耗分析模塊

對數據中心能耗進(jìn)行不同維度、不同時(shí)間段的統計分析，查找出具有節能潛力的時(shí)間點(diǎn)和節能項目，為用戶(hù)通過(guò)管理節能、技術(shù)節能提供具說(shuō)服力的科學(xué)依據。

2.2.6報表管理模塊

該模塊提供了年、月、日等數據中心的用能數據統計報表，具體包含總耗能量、分項耗能量、PUE等指標，提供數據中心消耗上報報表的標準格式，并可為用戶(hù)定制化開(kāi)發(fā)報表。

數據中心能源管理系統利用現代計算機、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、實(shí)時(shí)數據庫技術(shù)、數據分析及預測技術(shù)，對數據中心電能的生產(chǎn)、輸配和消耗設備狀態(tài)實(shí)施集中、扁平化的動(dòng)態(tài)監控和數字化管理，改進(jìn)和優(yōu)化能源平衡，提供監控展示、計量計費、業(yè)務(wù)管理、節能潛力分析與節能降耗技術(shù)應用的、完整性解決方案。

3.1掌握能耗結構特點(diǎn)，提供機房用能公示

系統對數據中心的總能耗按不同能源類(lèi)型、不同時(shí)間進(jìn)行統計分析，整體把握數據中心能耗狀態(tài)、指標完成情況、用能趨勢和能耗排名，自動(dòng)查找出能源消耗不合理的時(shí)間點(diǎn)，為節能提供依據。系統可以展示每塊電表的詳細數據，包括電流、電壓、功率、功率因數等各種數據，以圖表的形式直觀(guān)顯示同類(lèi)區域能源消耗的情況，并可按照人均、單位面積進(jìn)行折算。系統根據輸入的收費策略，系統可自動(dòng)統計出電能的峰平谷電量及電費，根據分時(shí)計費分析結果。

3.2實(shí)現能耗指標管理，自動(dòng)分析用能效率

數據中心能源管理系統根據分類(lèi)分項原則，對電能進(jìn)行對比分析，按照不同分項進(jìn)行對比顯示，可分析出哪些分項用能超標或不合理，從而找出節能降耗點(diǎn)。系統可對冷機的能耗進(jìn)行分析和對比，計算COP值是否在合理范圍之內，為冷機的啟停邏輯設定提供依據。系統生成數據中心整體PUE動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，便于整體能源效率分析。

3.3提高建筑用能安全，及時(shí)發(fā)現用電異常

3.3.1實(shí)現電流平衡分析，平衡電力供應，保證用電安全。

3.3.2顯示每個(gè)供電功率因數，提高用能質(zhì)量。

3.3.3實(shí)時(shí)監測整個(gè)數據中心用電的平穩性，為關(guān)停變壓器提供數據支撐。

3.3.4實(shí)時(shí)監測變壓器工作負荷，在用電高峰期保證供電系統安全。

3.3.5以圖形的形式直觀(guān)展示每天工作時(shí)間能耗與非工作時(shí)間能耗的相關(guān)關(guān)系，大化能耗有效利用，及時(shí)發(fā)現非工作能耗異常。

3.4找到節能改造方向、監督節能改造效果

數據中心能源管理系統根據單位能源消耗量與室內外溫度的對比關(guān)系，采用專(zhuān)用先進(jìn)的能耗算法，找出用能不合理時(shí)間點(diǎn)，并將結果反饋給用戶(hù)，為節能提供決策依據。系統將實(shí)際耗能量與計劃值進(jìn)行分析比較，實(shí)時(shí)查看節能值的變化量，驗證節能改造方案效果。

4.1概述

建立高效的能耗監測管理系統，對建筑各類(lèi)耗能設備能耗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，對采集數據進(jìn)行統計和分析。能夠合理的確定各區域建筑能耗經(jīng)濟指標及績(jì)效考核指標，發(fā)現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動(dòng)節能的意識。

①　搭建數據中心智慧能源管理系統的基本框架，對各個(gè)用能環(huán)節進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；

②　排碳數據化：通過(guò)系統可實(shí)現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實(shí)現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實(shí)現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個(gè)功能區能耗對比，實(shí)現能耗排名，增強工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進(jìn)行綜合的分析、統計、打印和查詢(xún)等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營(yíng)管理部門(mén)提供可靠的依據；

⑧　能耗數據采集，隨時(shí)查詢(xún)，并根據采集數據進(jìn)行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進(jìn)行報警，提高系統信息化、自動(dòng)化水平。

4.2 硬件選型

數據中心能源管理系統采用專(zhuān)業(yè)測控與計量產(chǎn)品，依托智能通訊網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現供配電等能源數據的自動(dòng)化測控與計量功能，對數據中心電能資源進(jìn)行監控管理，與DCIM（數據中心基礎設施管理系統）密切結合，完成設備、人員與能源的協(xié)調管理，可根據電能使用情況合理利用資源、節約能源，大限度地降低數據中心運營(yíng)成本，大限度降低對環(huán)境的污染。

該系統通過(guò)對能耗分類(lèi)分項分析等手段找出數據中心耗能的問(wèn)題點(diǎn)，進(jìn)行能耗分析評估，有針對性的開(kāi)展節能改造工作，保證能源的使用可控、可測、可執行、可實(shí)現，從而達到數據中心節能減排的目標。

【參考文獻】

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【2】徐善梅.綠色數據中心節能技術(shù)探討[J].建設科技，2019，6，25.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心的設計與應用。