數據中心末端配電的數字化方案及設備選型

普通PDU和智能PDU有什么區別？

機架安裝配電盤(pán)或機架配電單元 (PDU) 是一種配備許多插座的設備，可將電力分配給位于數據中心機架或機柜內的服務(wù)器、存儲設備和網(wǎng)絡(luò )設備。分析公司 IHS 將它們分為兩大類(lèi)：

1) 基本 PDU 提供可靠的配電。

2) 智能 PDU 提供功能，如電能計量、環(huán)境監控和遠程插座控制智能 PDU 可分為以下子類(lèi)別：

    a) 計量入口 PDU——計量入口 PDU 在 PDU 級別計量功率，并在本地和網(wǎng)絡(luò )上顯示數據。計量可幫助用戶(hù)確定為機架供電的電路的用電量和可用容量，從而更容易配置設備。通過(guò)在入口級進(jìn)行計量，用戶(hù)可以避免電路過(guò)載并輕松計算電源使用效率 (PUE) 等效率指標。

b) 計量出口PDU——與計量入口 PDU 一樣，出口計量PDU可幫助用戶(hù)確定機架的用電量和可用容量，并促進(jìn)配置。最主要的是使用戶(hù)能夠了解設備或服務(wù)器級的實(shí)際功耗，從而可以比較效率并將成本分配給特定的業(yè)務(wù)部門(mén)或客戶(hù)。

c) 開(kāi)關(guān)式 PDU—— 開(kāi)關(guān)  式PDU 具有計量入口 PDU 的功能，還提供對單個(gè)插座或插座組的受控開(kāi)/關(guān)切換。提供電源排序延遲以減少浪涌電流，它們在遠程和托管設施部署中至關(guān)重要，因為它們允許您通過(guò)重啟服務(wù)器來(lái)快速恢復服務(wù)?？梢赃h程關(guān)閉不使用的設備以節省能源。

d) 帶出口計量的開(kāi)關(guān)式PDU——帶出口計量的開(kāi)關(guān)式 PDU 將開(kāi)關(guān)式 PDU 的所有功能與出口計量式 PDU 的功能結合在一起。智能 PDU 的每個(gè)子類(lèi)別都具有可幫助數據中心降低運營(yíng)成本、增加正常運行時(shí)間/可用性、改善平均修復時(shí)間 (MTTR)、提高能源效率和管理現有容量的功能。

為什么選擇合適的 PDU 很重要？

尋找更好的長(cháng)期價(jià)值

由于 IT 購買(mǎi)者正在為較小的預算而苦苦掙扎，較低的價(jià)格往往是一個(gè)決定性因素。由于基本 PDU 的零售價(jià)較低，因此購買(mǎi)它們似乎更劃算。其他人可能不相信智能機架 PDU 的功能可以提供額外的價(jià)值，或者他們的組織沒(méi)有時(shí)間或資源從中受益。因此，許多購買(mǎi)者選擇基本型 PDU，盡管從長(cháng)遠來(lái)看，智能型 PDU 可以提供更大的價(jià)值和成本節約。

要了解為什么智能 PDU 是更好的選擇，我們須首先檢查它們可以解決的常見(jiàn)問(wèn)題。幾乎所有數據中心現在都面臨的主要挑戰

數據中心最主要的一個(gè)目標是確保業(yè)務(wù)連續性。機架 PDU 通過(guò)為插入其中的所有設備（服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò )設備）提供穩定、可靠和充足的電力來(lái)幫助實(shí)現這一點(diǎn)。但是，也要考慮數據中心面臨的其他一些主要挑戰。

• 電源容量管理和配置

• 能源管理

• 環(huán)境管理

• 物理和網(wǎng)絡(luò )安全

• 計算能力需求

• 資產(chǎn)和變更管理

電源容量管理和配置——許多數據中心以混亂和無(wú)計劃的方式增長(cháng)。技術(shù)人員經(jīng)常將新設備插入一個(gè)可用的插座，而對可用的電容量知之甚少。這可能會(huì )導致保險絲熔斷并導致停機。據統計，在2013 年，停機的平均成本就高達到驚人的每分鐘 7908 美元。

能源管理——許多數據中心支持比需要更多的基礎設施。一份研究報告發(fā)現，平均服務(wù)器僅以12-18%的容量運行。因此，采用幾種實(shí)踐可以將電力消耗減少多達 40%。

環(huán)境管理——雖然 IT 設備占能源成本的 50%，但另有 37% 用于冷卻和循環(huán)空氣。數據中心通常會(huì )過(guò)冷以防止設備故障，但將恒溫器溫度每升高華氏度，可節省高達 3% 的當前能源費用。

物理和網(wǎng)絡(luò )安全——對機柜和過(guò)道的安全訪(fǎng)問(wèn)控制的需求正在上升。2011 年，美國上市醫療保健公司 Health Net, Inc. 報告稱(chēng)，由于其管理的數據中心的多個(gè)服務(wù)器驅動(dòng)器丟失，導致全國多達 190 萬(wàn)人的個(gè)人健康記錄受到損害。

計算能力需求——盡管數據中心在不斷縮小和擴張，但在可預見(jiàn)的未來(lái)，一個(gè)不變的趨勢是對更多計算能力的需求，這種快速擴張將比數據中心過(guò)去經(jīng)歷過(guò)的電力需求大得多。

資產(chǎn)和變更管理——對于正在擴展的數據中心，手動(dòng)跟蹤資產(chǎn)可能很麻煩且成本很高。一項研究指出，庫存收集、庫存核對、查找錯放資產(chǎn)、手動(dòng)存儲庫更新和更換錯放資產(chǎn)的過(guò)程每年花費 71.4 萬(wàn)美元和大約 706 個(gè)工作日。

解決這些挑戰需要一種智能方法

簡(jiǎn)而言之，數據中心面臨著(zhù)巨大的挑戰。需要解決這些挑戰，以控制運營(yíng)成本并滿(mǎn)足新的業(yè)務(wù)需求。數據中心將需要優(yōu)化利用電力、空間、冷卻和人員。智能 PDU 是可以解決所有這些問(wèn)題的平臺?，F在我們將討論如何為您的數據中心選擇合適的機架 PDU，如何為您的機架提供可靠的電力，以及如何為現在和未來(lái)創(chuàng )建一個(gè)可靠且環(huán)保的數據中心。"

摘要：數據中心最主要的目標之一是確保業(yè)務(wù)連續性。數據中心的供電上從高壓電源入口到末端配電采用了很多高可靠性的設計，比如多路獨立高壓市電電源、大容量中壓柴油發(fā)電機組，UPS的冗余配置等等，這往往意味著(zhù)高昂的成本，都是為了提高供配電系統容錯能力。配電柜(也稱(chēng)列頭柜)或母線(xiàn)槽承擔為數據中心服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò )等IT設備提供穩定可靠的電源的末端配電環(huán)節，其運行穩定性也尤為重要。在這個(gè)環(huán)節，幾乎所有的數據中心都面臨著(zhù)一些共性的挑戰，包括電源容量管理和配置、數據中心能源管理、環(huán)境管理、安全管理、計算能力需求擴張、資產(chǎn)和變更管理等等，本文通過(guò)數據中心末端配電的數字化解決方案，配合數據中心能效管理系統來(lái)探討如何應對這些挑戰。

1 數據中心末端配電面臨的挑戰

電源容量管理和配置：許多數據中心缺乏有計劃的增長(cháng)擴容，工程師經(jīng)常將新設備接入看似可用的回路，而對回路可用的負荷容量知之甚少。這可能會(huì )導致回路過(guò)負荷保險絲熔斷并導致停機并導致很大的經(jīng)濟損失，服務(wù)中斷的損失是以秒來(lái)計算的。

能源管理：數據中心最主要的能效指標PUE的計算涉及到所有IT設備的耗能，而IT設備的耗能計量都集中在末端配電，所以在末端需要具備能源計量和管理。

環(huán)境管理：雖然IT設備耗能占能源成本的50%以上，但另有36%用于冷卻和循環(huán)空氣。數據中心通常會(huì )將機房溫度調到過(guò)冷以防止設備故障，但將機房溫度升高1攝氏度，最多可節省高達7%的冷卻耗能成本，所以需要在溫度控制和能耗之間找到平衡點(diǎn)。

安全管理：不管供配電前端在可靠性上做了多少冗余，如果忽視了末端的配電安全管理都是無(wú)用功，對末端的電源插接點(diǎn)接觸以及溫升情況也需要關(guān)注。

    計算能力需求：在可預見(jiàn)的未來(lái)，一個(gè)不變的趨勢是對更多計算能力的需求，這種快速擴張將導致數據中對的電力需求越來(lái)越大。

資產(chǎn)和變更管理：對于正在擴展的數據中心，手動(dòng)跟蹤資產(chǎn)可能很繁瑣且成本很高。研究指出，庫存收集、庫存核對、查找錯放資產(chǎn)、手動(dòng)存儲庫更新和更換錯放資產(chǎn)的過(guò)程每年花費的人力和資金成本巨大。

2 數據中心末端配電的數字化方案

需要解決這些挑戰，提高業(yè)務(wù)連續性、控制運營(yíng)成本并滿(mǎn)足新的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，數據中心將需要對末端配電環(huán)節有監測和管理。智能化的配電柜和智慧小母線(xiàn)系統可以提供解決方案。接下來(lái)將討論如何為數據中心選擇合適的末端配電數字化解決方案，創(chuàng )建可靠且環(huán)保的數據中心。

2.1 配電柜數字化方案

配電柜是為數據中心的IT設備機柜提供電源的末端配電設備，一般采用雙回路供電，電源分別來(lái)自?xún)膳_冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機柜陣列的兩端，也稱(chēng)列頭柜，如圖1所示。

圖1 ANDPF配電柜

安科瑞配電監控解決方案針對配電柜監控數字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監測兩路主進(jìn)線(xiàn)和A+B雙面饋線(xiàn)回路電量參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內溫濕度等數據，可以在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳AcrelEMS-IDC數據中心能效管理系統顯示和報警。產(chǎn)品方案見(jiàn)表1。

表1 安科瑞配電柜數字化方案產(chǎn)品選型

2.2 母線(xiàn)槽數字化方案

近年來(lái)，隨著(zhù)數據中心建設的快速發(fā)展，智能母線(xiàn)槽的方案運用越來(lái)越多。相比傳統精密配電柜，數據中心母線(xiàn)槽架空鋪設，具有安裝檢修方便、不占地、散熱快、易增容等優(yōu)勢。母線(xiàn)槽通過(guò)始端箱從前端UPS取電，以母排系統組成輸電結構，采用即插即用的方式，通過(guò)插接箱給各個(gè)IT機柜內的PDU供電。

圖2 智能母線(xiàn)槽數據采集方案示意圖

安科瑞智能母線(xiàn)槽方案在始端箱和插接箱內配置AMB100/AMB110監測單元，測量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、有功電能、無(wú)功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數據，可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式傳輸數據，在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數據中心能效管理系統，實(shí)現母線(xiàn)槽的數據展示和異常預警。

另外由于母線(xiàn)槽是由銅制母排搭接而成，接頭部位可能會(huì )由于接觸不良而異常發(fā)熱，所以需要對母線(xiàn)槽接頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，安科瑞AMB200母線(xiàn)接頭溫度監測裝置進(jìn)行接觸式測溫，AMB300通過(guò)紅外非接觸式測溫方式監測母線(xiàn)溫度，數據通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式傳輸本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數據中心能效管理系統，實(shí)現母線(xiàn)槽溫度的實(shí)時(shí)預警，設備選型如表2所示。

                                    表2 智能母線(xiàn)槽解決方案選型表

3 AcrelEMS-IDC數據中心能效管理系統

AcrelEMS-IDC數據中心能效管理系統搭建基于高、中、低壓配電系統、柴油發(fā)電機、UPS的實(shí)時(shí)監控和末端配電系統數據采集的電力監控、PUE分析以及動(dòng)環(huán)監測，幫助數據中心管理者了解數據中心能源運行情況，并關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預警異常情況，保障數據中心穩定可靠運行。除了變電站、柴油發(fā)電機和UPS運行監控以外，特別是針對數據中心的末端配電環(huán)節，系統數據跟蹤到每一個(gè)回路的電氣參數和開(kāi)關(guān)狀態(tài)、溫濕度數據等。

3.1 電源容量管理和配置

系統監測每路饋線(xiàn)回路的電流、功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和用電量，還可以配置溫度、濕度傳感器用于監測線(xiàn)路接點(diǎn)溫度和柜內濕度，設置參數高低越限告警，避免回路超負荷運行而導致意外斷電。

3.2 能源管理

數據中心最主要的能效指標PUE的計算涉及到所有IT設備的耗能，系統從高壓到末端采集數據中心用電量，并按照IT設備、制冷系統(冷凍水機組、空調末端、新風(fēng)等)、供電系統(變壓器、UPS、發(fā)電機、開(kāi)關(guān))、照明及辦公用能進(jìn)行分類(lèi)，計算數據中心PUE值、制冷負載系數CLF、供電負載系數PLF等，為數據中心能效診斷提供數據支持。

3.3 環(huán)境管理

系統根據數據中心不同溫度數據下計算數據中心PUE和CLF值的變化，來(lái)協(xié)助管理者尋找運行溫度，在溫度控制和能耗之間找到平衡點(diǎn)。同時(shí)系統監測數據中心溫濕度、浸水、煙霧等影響數據中心正常運行的因素，并及時(shí)提供預警。

3.4 安全管理

系統監測配電柜或母線(xiàn)槽系統電氣接點(diǎn)溫度以及漏電電流，并設置溫度、漏電越限告警，及時(shí)消除系統隱患。同時(shí)針對數據中心大量的UPS蓄電池內阻、溫度、可燃氣體含量也進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測預警，保障數據中心運行安全。

    3.5 資產(chǎn)和變更管理

系統為數據中心提供設備管理和運維管理功能，包括設備臺賬、設備保養、工單管理、巡檢記錄、缺陷管理、搶修記錄等功能，告別依靠手工記賬，降低人力和時(shí)間成本。

4 結束語(yǔ)

隨著(zhù)對算力的需求增長(cháng)，數據中心也將加速發(fā)展。為了保障數據中心穩定可靠運行，除了在電源和前端變配電系統上下功夫外，數據中心的末端配電系統數字化管理更為重要。安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心能效管理系統配合安科瑞配電柜系統、智能母線(xiàn)槽系統為數據中心的末端配電提供負荷監測、能效管理、安全預警和設備運維管理，為數據中心連續穩定運行提供保駕護航。

編輯：安科瑞 孫斌

公司：江蘇安科瑞電器制造有限公司