數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)優(yōu)化與能源管理

馬學昆

（中通服建設有限公司，廣東 廣州 510095）

0 引 言

數(shù)據(jù)中心作為大數(shù)據(jù)的核心存儲和處理節(jié)點，正在經(jīng)歷一個高速發(fā)展的時期，在面臨高安全、高可靠、高可用信息服務考驗的同時，巨大的電能消耗和巨額電費成本開支成為用戶尚待解決的一道難題。供配電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心所有設備提供電力能源支撐，合理地供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心安全可靠運營的基礎，也是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的主要方法。

1 數(shù)據(jù)中心IDC的配電系統(tǒng)和能源管理概況

1.1 數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)一般有以下的建設原則。首先，數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)需要長時間不間斷的持續(xù)運作，突然斷電會導致數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的丟失或者損毀。瞬時電流過大，可能會燒壞電路和儲存數(shù)據(jù)的元器件，給數(shù)據(jù)中心造成不必要的破壞。統(tǒng)計表明，在造成數(shù)據(jù)中心運營終端的原因中，由電源故障過電壓等導致的電壓偏差約占47.6%，居于首位。所以，配電系統(tǒng)的可靠性至關重要。業(yè)內(nèi)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，數(shù)據(jù)中心IT設備自身的電能消耗量只占數(shù)據(jù)中心總電能消耗量的57%左右。而43%左右的電能被基礎設施所消耗，主要包括配電和制冷。其中，配電系統(tǒng)電能消耗約占14%，包括UPS系統(tǒng)、電源、開關柜、開關裝置和變壓器等。因此，配電系統(tǒng)的最佳設計是數(shù)據(jù)中心的關鍵經(jīng)濟因素之一，配電設備性能未充分使用會直接導致成本的浪費。

根據(jù)GB50174-2008標準，數(shù)據(jù)中心機房按重要性劃分為A、B、C三級。A級數(shù)據(jù)中心的供配電電源應按一級負荷中特別重要負荷考慮，應由兩個電源供電外，還應配置柴油發(fā)電機作為備用電源。B級數(shù)據(jù)中心應按一級負荷考慮，當不能滿足兩個電源供電時，應配置備用柴油發(fā)電機電源。C級應按二級負荷考慮，宜由兩個電源供電。

在建設數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)時，為了防止突然供電造成瞬時電流對電器元件的破壞，需要將外部的電源先輸入總配電柜，進行先行的處理，之后再將電力供應到數(shù)據(jù)中心的不同設備區(qū)?？偟呐潆姽褚邢鄳姆婪痘馂脑O備，如果條件允許，可以設置煙霧自動報警系統(tǒng)，一旦有危險發(fā)生，可以自動隔離數(shù)據(jù)中心的不同區(qū)域，防止災情蔓延造成更大的損失。煙霧自動報警系統(tǒng)還可以及時通報有關部門，把意外災害對數(shù)據(jù)中心的破壞降到最低。數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)一般可以簡單分類為兩個部分：一個為主要的存儲數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)的設備供電；另一個為數(shù)據(jù)中心員工日常進行供電。相比而言，為精密設備供電的供電系統(tǒng)需要更加穩(wěn)定的電流和電壓，需要配備多條備用線路。員工用電系統(tǒng)可以參照普通建筑的供電標準建設。

1.2 數(shù)據(jù)中心IDC能源管理現(xiàn)狀

由于溫室效應和能源危機的影響，我國發(fā)展方式發(fā)生了翻天覆地的革命，在設施的規(guī)劃與建設方面發(fā)生了明顯的轉變，規(guī)劃發(fā)展低碳型經(jīng)濟越來越重要。隨著我國科技的不斷發(fā)展，對大數(shù)據(jù)的需求越來越迫切，對數(shù)據(jù)中心的需求也越來越多。因此，我國的數(shù)據(jù)中心數(shù)量劇增。但是，當前的數(shù)據(jù)中心IDC供電系統(tǒng)卻存在著耗能過大、單位電能利用率低下等缺點，隨著數(shù)據(jù)的不斷增加，浪費的電力資源已形成相當?shù)囊?guī)模。究其原因可以發(fā)現(xiàn)，很多地方的數(shù)據(jù)中心一般都按照一個相同的標準建設，而某些地區(qū)對數(shù)據(jù)中心的需求較低，完全不需要讓數(shù)據(jù)中心的設備進行大功率運行，從而造成了能源的巨大浪費。并且，在數(shù)據(jù)中心的耗電占比表中，空調(diào)系統(tǒng)的耗電量非常龐大，有些地區(qū)完全可以依據(jù)當?shù)貧夂驐l件采用耗電量較低的設備對數(shù)據(jù)中心的電子器件進行降溫。我國是世界第一人口大國，再加上我國是世界上最大的發(fā)展中國家，在我國建設社會主義的道路上，能源的消耗非常大。如果不積極進行低碳型發(fā)展，會加速溫室效應的蔓延和嚴重程度，所以必須減少粗獷型使用能源的模式，改善我國能源管理質(zhì)量，建成生態(tài)文明國家，在國際上樹立一個負責任的大國形象，為世界綠色化發(fā)展做出貢獻[1]。

2 數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)優(yōu)化與能源管理

2.1 數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)優(yōu)化設計

我國配電系統(tǒng)的改進應學習目前世界上較為先進的數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)設計。發(fā)達國家選用較多的配電系統(tǒng)有UPS配電系統(tǒng)和高壓直流配電系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，需要各地區(qū)根據(jù)自己的需求進行相應選擇。下面將詳細介紹UPS配電系統(tǒng)的優(yōu)劣和改進措施。UPS配電系統(tǒng)擁有良好的防止突然斷電設計，在主要的供電線路電流中斷時，供電系統(tǒng)可以自動迅速的切換到備用線路，UPS系統(tǒng)可以很好地保證數(shù)據(jù)中心的正常持續(xù)運行不會受到斷電影響。但是，UPS也有缺陷，因為在UPS系統(tǒng)中，通常會因為自身的原因?qū)е聰?shù)據(jù)中心斷電，因為UPS系統(tǒng)的設備故障率較高，且更換維護現(xiàn)有設備較難，不僅導致數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)未來的頻繁維修，還會造成數(shù)據(jù)中心的運營成本增加。為了解決這個問題，需要在設計UPS配電系統(tǒng)時，設計備用線路和備用設備，并且二者要做到并聯(lián)，以保證在維護設備時，不影響數(shù)據(jù)中心的運行。

當前我國大數(shù)據(jù)發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)中心需要不斷升級設備。隨著數(shù)據(jù)中心設備的增加，數(shù)據(jù)設備的運行功率不斷增加，對相對應配電系統(tǒng)的要求更加嚴格。由于UPS系統(tǒng)的設備更換較難，需要較高的更換成本。因此，在采用UPS供電系統(tǒng)時，需要提前考慮未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展狀況和電力需求，選擇具有較大負載功率的配電設備；但是，這種選擇會有一定的風險，也會造成建造成本過高。在當前技術條件下，較高負載的配電設備往往是較為先進的配電設備；因此，購買價格相較于數(shù)據(jù)中心進行升級后的價格必然很高。在選擇UPS配電系統(tǒng)時，一定要改進其單一設備的設計，增加備用設備和備用線路。

2.2 數(shù)據(jù)中心IDC節(jié)能措施

數(shù)據(jù)中心IDC的節(jié)能優(yōu)化是一個需要進行全面分析，針對關鍵環(huán)節(jié)進行改進的工作。要加強各地數(shù)據(jù)中心的節(jié)能意識，節(jié)能意識不僅要從人員的培訓入手，還要從上層的管理入手。由上級機構依據(jù)當?shù)財?shù)據(jù)中心的發(fā)展狀況，進行相應的節(jié)能目標設置，自上而下，逼迫數(shù)據(jù)中心進行相應的節(jié)能改革。設置目標時，要進行實地調(diào)查，查看當?shù)財?shù)據(jù)中心耗能大的原因，并找出相應的解決措施。如果需要進行配電設備的更換和更新，需要對更換成本和設備繼續(xù)使用所造成的浪費成本進行對比，從而為是否更換設備提供決策依據(jù)[2]。要想降低數(shù)據(jù)中心的能耗，提升數(shù)據(jù)中心的能源使用效率，要對數(shù)據(jù)中心各設備的能耗進行準確估計與計算，通過引入設備級電源的監(jiān)控，獲得數(shù)據(jù)中心最詳細的功耗信息，管理人員可以做出更好的決策，有助于充分優(yōu)化電力和IT基礎設備的利用率。在空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改進中，可以在某些時段利用外界自然風對設備進行降溫，如在北方冬季可以采用通自然風的方式進行相應的設備降溫。

3 結 論

數(shù)據(jù)是沒有被篩選處理的信息，當數(shù)據(jù)被系統(tǒng)地篩選和處理后，會得到很多有利于社會發(fā)展進步的信息。但是，大數(shù)據(jù)被應用的前提是數(shù)據(jù)中心的不間斷持續(xù)運行。數(shù)據(jù)中心IDC的持續(xù)運行需要可靠的綠色配電系統(tǒng)提供支持。然而，當今很多數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)存在耗能大、穩(wěn)定性弱等缺點；因此，需要優(yōu)化數(shù)據(jù)中心IDC的配電系統(tǒng)，改進數(shù)據(jù)中心IDC相應的節(jié)能措施，以促進我國發(fā)展綠色經(jīng)濟，增強數(shù)據(jù)中心供電的穩(wěn)定性。