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浅谈精密配电装置在数据中心的应用

时间:2021-10-14 点击次数:53

侯文莉

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要:随着信息化的不断发展,各种数字技术如互联网、大数据、人工智能等获得迅猛发展,并在应用中产生大量数据。数据中心是存储、运算处理海量数据的实体,其规模不断扩大。数据中心是新型基础设施中的一项重要内容,各级政府一直都在思索如何实现其绿色化发展。在国家政策的引导下,经过多年的努力,绿色数据中心建设取得一定成效。文章主要分析了绿色数据中心的发展趋势,以期更好地落实党中央的各项要求,加快建设绿色数据中心。

关键词:数据中心;精密配电;绝缘监测;信息化

 

0引言

不管是个人数字信息、企业数据还是国家层面的安全数据,都需要数据中心这一基础设施进行连接与计算。当前,随着科学技术的发展,人工智能、物联网、云计算、5G移动通信等信息技术的出现,促使数据中心的需求较之前有明显增加。研究发现,全球数据中心基础设施的市场规模在2013年为284.4亿美元,经过几年的发展其规模获得大幅度增长,在2018年就已经达到626.3亿美元,其中我国从262.5亿元增长到1210.4亿元。数据中心的发展给整个社会带来翻天覆地的变化,为此,人们需结合时代发展潮流,更好地分析问题,并在时代发展中明确方向,抓住机遇,更好地迎接各种技术性的挑战与难题。

 

1数据中心的变化

1.1 单机柜功率密度高密化

传统数据中心技术水平不高,初期建设规划时不能充分考虑冗余度,单机柜功率密度控制在13kW。随着互联网技术的进一步发展、信息化时代的到来,数据中心的业务量极大增加,单机柜功率密度在新建数据中获得大幅度的增长,已经达到410kW,甚至一些数据中心支持2030kW。为促进互联网数据中心(InternetDataCenterIDC)单位面积产值的显著提高,对于数据中心的技术人员而言,需要考虑的是将更多互联网技术(InternetTechnologyIT)设备放置在相同空间内。机柜的高密度变化,相应地会给配电、暖通专业带来很大的挑战。在改造旧机房时,需全部拆除那些旧的配电、暖通设备,由此极易造成资源的严重浪费与运营成本的增加。

 

1.2 PUE值呈明显下降趋势

PUEPowerUsageEffectiveness,电源使用效率)这一数值越接近1,则表示数据中心绿化程度更高,这也是当前衡量一个中心能源效率的重要指标。我国电源使用效率平均值在2.02.5之间。鉴于国家在2010年对数据中心并未提出任何要求,这时的PUE值为3.02013年新建中心的平均PUE值为1.51.82018年,北京市政府公布《北京市新增产业的禁止和限制目录》,这对于建设绿色节能数据中心至关重要,此时PUE值呈明显下降趋势。在全球能源日益紧张的情况下,为帮助数据中心实现可持续发展,就少不了政府的宏观调控。

 

1.3 建设方式的改变

数据中心中的基础建设工作本质是一项系统工程,综合性,以往在建造一栋楼宇时会配合供配电、空调、室内装修、柴油发电系统等设施,不利于后期扩容,灵活性不足,改造成本高。当前,比较流行的建设方式为整体规划、分步实施,结合业务发展情况真正做到随用随建,从而能够高效地开展建设工作,降低经济性、技术性贬值。

 

1.4 数据中心运营管理向智能化方向发展

物理上完成一座数据中心的建设以后,并不代表它的生命周期已经结束。其后的运维是数据中心得以发挥功能和作用的重要保障。传统数据中心多借助人力来开展运维管理,研究表明,技术问题在导致数据中心故障的全部因素中仅占有很小的比例,而人为失误大约占70%。当前,随着人工智能技术的发展,在运营管理中会应用更多的机器人,以此可将人工操作替代下来,从而降低故障发生率。

 

2绿色数据中心的发展方向

2.1 小母线末端配电的广泛应用

由于单机柜功率密度发展趋势渐趋高密化,在后续改造中传统列头柜短板比较明显。比如,很难实现列头柜扩容、变更,使用过的电缆无法重复利用,缺乏灵活性。而根据机柜负载,一般可以灵活地分配小母线,如扩容、调相等,小母线只需调整对应插接箱即可,整体线路无须调整。再加上列头柜通常会占用较大的空间,多个机柜都需要配备一个独立的列头柜,由此导致空间变得更加拥挤,而小母线具有一系列优点,如体积紧凑、占用空间小、走线简洁且直观,因此将其应用到大型数据中心可以节省很大的空间,也能够创造可观的经济效益。同时,小母线的使用寿命为40年,明显长于仅有1015年的列头柜。经综合研究对比可知,小母线能够更好地应对机柜高密化的挑战。当前,小母线尚未广泛地应用到我国的数据中心中,这与建造成本这很大关系。随着功率密度的提高,建造者需要充分考虑成本与运维的边界性,最终做出合理选择,而数据中心后50m的解决方案就在于小母线。

 

2.2 绿色节能技术及其他技术不断发展

绿色节能数据中心与我国绿色、可持续发展目标相符,因此在整个行业都在为实现绿色节能而努力。近年来,尽管其在制冷、传热学、材料科学等方面尚未取得显著进展,但是PUE值明显下降,这与一般逻辑不符,经深入探究发现,其与为实现节能而放宽了温湿度环境标准有关。之前数据中心所要求的温湿度范围相对狭窄,而机械制冷极易升高PUE值,消耗大量能源。现如今,随着环境要求的宽松,数据中心节能技术逐渐转变为自然冷却,机械制冷作为补充,由此极大降低了非IT设备能耗与PUE值。同时,多家互联网企业也纷纷研制各种数据中心节能方案,如的海水冷却IDC、雅虎的鸡舍IDC、微软的潜水艇IDC以及脸书的风墙IDC等。绿色节能技术层出不穷并获得广泛应用,而其他新技术依然处于研究阶段,如高温服务器、液冷散热技术、余热回收再利用等。基于此,人们需准确抓住历史发展机遇,深入分析行业痛点,真正做到放眼于,并制定切实可行的解决方案。

 

2.3工程建设实现快速部署

一些新兴技术迅猛发展,如云计算、人工智能、大数据、5G移动通信等,由此极大增加了数据中心的业务需求,导致传统数据中心的建设方式无法满足时代发展需求。基于此,数据中心建设时可以选用模块化、预制化、产品化的方式,其中模块化数据中心所涉及的模块比较多,且事先已经在工厂生产中调试好,然后只需在现场安装即可,从而能够实现快速部署并有效缩短工程时间。目前,这类建设方式深受互联网巨头的认可,纷纷投入使用,为此,供应商也需要适当做出调整,这对于加快产品的升级换代至关重要,还需准确地抓住发展节点。

 

 

2.4 AI与智能DCIM的有效应用

人工智能(ArtificialIntelligenceAI)是近几年的年度热词,也是不同领域需深入研究的重要方向,犹如20世纪末电脑行业的兴起。如何将新技术、场景深度融合起来,哪些场景能够实现人工智能、数据中心的有效结合,是建设者们重点考虑的问题。人工智能的一个显著的优势就在于在某些方面能够代替人工,避免或者降低因人为因素导致的故障,从单一重复性的劳动中解放人力。为此,人工智能与数据中心能够创造许多场景,比如,利用安防系统,能够帮助安保人员节省不必要的工作,如眼看、手摸、跑腿等,由此能够极大提高该系统的智能化程度;在巡检系统中利用巡检机器来开展工作,如采集温湿度数据、检测可疑故障点等,不仅能够高效地开展工作,且能够进一步提升数据采集的准确度;在电力自动控制系统中利用人工智能技术,机器可以实现自主判断,及时采取甩负载措施来解决潜在的过载现象,以此能够更加可靠、稳定地运行重要负载;在数据中心中,利用智能数据中心基础设施管理(DataCenterInfrastructureManagementDCIM)能够有效实现上述场景。相信在不久的将来,数据中心借助人工智能,可以真正从图纸走向现实。

 

2.5 设备布局、扩容工作进一步优化

当前,在一些地区所拟建的数据中心中,有的会对外提供托管服务(交换机、服务器)、存储、运维、开发服务,这些都属于PaaSIaaS类型,具体在建设这类数据中心时难免会出现一些问题,比如,用户很难确定,导致无法及时确定数据中心的需求;即便一些用户能够进入园区,也会存在中途退出的情况。鉴于此,数据中心必须要具备一定的灵活应变能力与具有灵活的预案,以此才能确保机房建设标准、质量达标,满足长期安全使用的条件,且在信道、网络中需预留出足够的变动与冗余余地;在机房不间断电源(UninterruptiblePowerSupplyUPS)、空调设备位置为新设备预留出足够的扩充空间,或者站在整体角度制订一系列切实可行的解决方案,从而结合实际需求做好设备布局、扩容工

作。

 

安科瑞列头柜及监测产品介绍

随着数据中心的迅猛发展,数据中心能耗问题也越来越突出,高效可靠的数据中心配电系统方案,是提高数据中心电能使用效率,降低设备能耗的有效方式。

AMC系列数据中心精密配电系统是针对数据机房末端设计的,能够综合采集所有能源数据的智能系统,为交直流电源配电柜提供精确的电参量信息,并可通过通讯将数据上传到动环监控系统,实现对整个数据机房的实时监控和有效管理,为实现绿色IDC提供可靠保证。

3.1精密配电管理解决方案

3.1.1交流系统

1)功能要求:

遥测:输入分路的三相电压、三相电流、有功功率、有功电度;输出分路的单相电压、单相电流、有功功率、有功电度;

遥信:输入分路的过压/欠压,缺相,过流,输入分路和输出分路的开关状态,具备电流、功率需用量分析和统计,实现电压、电流、功率等参数的越限报警功能。

2)配置方案-示意图

配置方案

多功能仪表       PZ72L-E4

电流互感器       AKH-0.66-30I-XXA/5A

3.1.2直流系统

1)功能要求

遥测:输入分路的电压、电流、功率、电度;

 

遥信:输入分路的过压/欠压,输入分路的熔丝状态,具备电流、功率需用量分析和统计,实现电压、电流、功率等参数的越限功能。

2)配置方案-示意图

配置方案

多功能仪表          PZ72L-DE

 霍尔传感器          AHKC-F-  XXA/5V

 开关电源            SBD-30  48V

 

3.2产品规格

说明:■为标配功能。

 

 

3.3配套附件

结语

当前,随着5G移动通信技术的发展与不断成熟,数字化浪潮接踵而至,数据传输速率较之前相比获得显著提升,而数据量增长速度迅猛,还会给数据中心带来不小的压力,能源消耗很大。当前,为更好地缓解因数据量增长而给数据中心运转造成的压力,需要加快建设数据中心,不断降低运维成本,积极寻找节能化、绿色化发展道路。本文对数据中心的发展与变化情况进行分析,探索数据中心的发展方向,以期为更好地规划建设绿色数据中心提供一定参考。

 

【参考文献】

[1]乔卿丞.绿色数据中心发展趋势分析.中国管理信息.2021-05-15.  

[2]黄剑.探讨建设绿色数据中心成IDC产业发展潮流.中国新通.2020(14):66.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6.

作者简介侯文莉,女,本科,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为数据中心精密配电的设计与应用,


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