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浅谈数据中心IDC配电系统能源管理措施

文章更新时间:2023-10-10 点击量:186

摘要:本文以UPS配电系统为例,通过以数据中心为主要研究对象,采用文献研究法、实践调查法等研究方法,简要分析了数据中心IDC配电系统的优化设计。从选择高效节能设备和优化机房布局的角度,提出了一些有效的措施,供参考如何实施数据中心IDC机房的能源管理。


关键字:数据中心;IDC配电系统;优化设计;能源管理


1 IDC配电系统优化设计数据中心


1.1UPS设备的设计优化


1.1.1提高UPS负荷率

当数据中心选择使用UPS配电系统并对其进行优化设计时,首先需要相应优化UPS设备的设计选择。根据工作人员收集的相关数据,从目前某数据中心安装的数百台UPS设备的运行情况可以看出,60%以上的UPS设备运行负荷率为20%至30%,近30%的UPS设备负荷率不到20%。结合其他相关研究数据,一些学者指出,目前我国大多数数据中心使用的UPS系统至少有40%的负荷率没有得到有效利用。


1.1.2 PF值的合理设置

UPS设备在数据中心的功耗相对较大,其输入功率因数直接影响整个数据中心IDC配电系统的电能质量。交流电路中一般存在的相移功率因数,即PF,是指电压与电流之间的相位差余弦值,其计算公式如下:


这个公式中,cosφTHD代表总谐波电流畸变率,代表功率因数符号。例如,在UPS设备中,某个数据中心的实际负载率为6%,当UPS负载率不高时,通过测试可以知道它的实际值是cos。φ此时对应的总谐波电流畸变率约为0.98的30%。由于UPS设备的负载率不高,此时负载基本相当于高频非线性负载,基波电流I值相对较小。在客观谐波的影响下,UPS设备的THDi值很容易增加,从而导致设备功率因数PF减少。但是,根据检测结果,当UPS负载率处于正常状态时,其cosφ值与PF值基本为1,对应的总谐波电流畸变率*大值为10%。因此,如果选择UPS系统作为数据中心的IDC配电系统,可以严格按照国家相关标准的要求优化电容补偿装置。如果可以根据变压器容量的30%进行电容补偿,可以选择输入功率因数至少为0.95的UPS设备,既能有效落实减配,又能达到节约投资的效果。


1.1.3调整输出功率因数

目前,随着服务器电源功率因数的逐步提高,UPS设备提高了输出性能,可以有效地满足服务器电源容性负载输入特性。据相关研究资料显示,目前的服务器功率因数基本上是容性-超前0.9~根据国家有关标准要求,可采用实际UPS设备机架负荷值和0.77(kW/kVA)对UPS设备的总容量进行比较,要求UPS设备的额定容量为0.7(kW/kVA)UPS设备的输出功率不得超过乘积[1]。但本文在了解目前市场上常见的集中UPS设备的输出功率因数时,发现其输出功率因数可达0.9,部分UPS设备的输出功率因数可达1。事实上,如果UPS的输出功率因数超过0.9,设备仍然可以正常使用,而不会降低容量。举例来说,一个400kVA的UPS设备制造商可以直接带载360kW的服务器设备。综合考虑,在优化UPS设备时,可规定其输出功率不得低于设备额定容量和0.9。(kW/kVA)的乘积。而且在设置UPS系统时,直接按90%设定*高带载率,此时UPS容量计算公式为:UPS总容量=机架负载。(kW)/0.9(kW/kVA)/0.9(负荷)


1.2优化UPS系统模式

考虑到大多数数据中心选择使用的UPS系统是2N双总线系统,在使用UPS系统作为数据中心IDC配电系统并对其进行优化设计的过程中,负责向各种重要的IT设备提供双路连续交流电源,以确保其长期稳定运行。而且这个系统属于冗余系统,系统构成至少两个UPS系统,系统的基本容量就是任何一个UPS系统中N个UPS设备的总容量。在UPS设备的作用下,系统交流输入到两条wan全独立的供电线路,直到双电源输入负载。当数据中心配电系统正常运行时,任何UPS系统只负责总负荷的一小部分负荷。利用这种多电源系统冗余的形式供电,可以有效改善传统单电源系统中容易出现单点故障的问题。若数据中心规模较大,但单电源设备相对较少,则可根据实际情况规范安装小型STS设备,使电源设备能获得稳定、持久的安全供电。

当系统正常运行时,系统中的两个UPS系统将同步运行,每个系统将承受50%的总负荷。从每个低压母线段引入的两个UPS系统的交流输入,可以大大提高整个双总线供电系统的安全性和可靠性。即使某个UPS系统在系统中无法正常运行,或者出现输出中断等异常情况,也不会对双电源负载供电产生实质性影响。此时,只有与UPS组单电源负载相连的供电独立被切断。优化后的数据中心配电系统中心配电错误


2数据中心IDC机房能源管理措施分析


2.1积极优化机房布置

在数据中心IDC机房能源管理过程中,工作人员需要根据机房的实际情况,科学优化机房布局,以有效提高其节能效果。一方面,根据前进后出、水平通风的原则,选择与进排风结构wan全一致的机柜作为数据中心IDC机房的机柜;另一方面,为了防止设备在运行过程中产生大量热空气,与空调产生的冷送风相互混合,数据中心容易出现许多局部热点,影响空调原有的制冷效率,大大增加了空调的能耗。工作人员可以选择将其安装在机架内没有设备的设备的进气温度。


2.2使用高效节能设备

通过充分发挥UPS设备的高效性,在数据中心IDC机房中选择优化的UPS系统也能达到良好的节能效果。例如,在2015-2018年间,一个数据中心分别建造了15台、20台和25台经过上述优化处理的400kVAUPS设备,每台UPS设备的负载电流值为200A。与同期相比,该数据中心在2015年至2018年使用高效UPS系统后,节能量分别达到68万度、91万度和137万度[2]。在空调系统中,可选择的冷却系统。


3能源消耗统计分析(能源管理)解决方案


建立高效的能源消耗监测管理系统,实时测量建筑各种能源消耗设备的能源消耗数据,统计分析采集数据。能够合理确定各地区建筑能源消耗经济指标和绩效考核指标,发现能源使用规律和能源浪费,提高人们积极节能意识。

① 搭建数据中心智慧能源管理系统的基本框架,对各个用能环节进行实时监测;

② 排碳数据化:通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析(包括水、电、能量),实现低碳办公数据化;

③ 区域能效比:实现建筑单位内区域能耗对比,方便能耗考核;

④ 同期能效比:实现同年、同期、同一区域能耗对比,方便节能数据分析;

⑤ 能耗评估管理:按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标;

⑥ 能耗竞争排名:各个功能区能耗对比,实现能耗排名,增强工作人员的节能意识;

⑦ 对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能,并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据;

⑧ 能耗数据采集,随时查询,并根据采集数据进行统计分析,监测异常能源用量,对能源智能仪表故障进行报警,提高系统信息化、自动化水平。


4能源管理系统


5结束语

总而言之,工作人员在对数据中心IDC配电系统进行优化设计的过程中,需要充分结合数据中心配电系统实际情况及运行要求,并严格按照国家相关规程规定,合理选用高效的UPS设备并注重增加备用设备与线路,以此有效提高配电系统的运行稳定性。在开展能源管理工作中,工作人员同样需要主动运用高效、节能的设备,在对机房进行优化布置并积极运用各种先进信息技术下,使得IDC机房可以获得更高的节能管理成效。



【参考文献】

【1】张 翔.IDC业务预测与基地工程建设方案研究[D].长安大学,2017.

【2】滕信根.数据中心IDC 配电系统优化与能源管理[J].电力讯息,2019(05):02-03.

【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版