09数据中心配电系统新技术应用研究doc.docx

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09数据中心配电系统新技术应用研究doc

数据中心配电系统新技术应用研究

摘要：

大厦数据中心机房配电系统自2019年项目上线以来，随着运行时间的增长，配电系统设备的器件老化和监测手段不完善等问题也浮出水面。

加之国内外配电技术的迅猛发展，如何使大厦机房配电系统技术达到国际机房配电系统先进水平的要求便具有了研究意义。

本文提出了四种数据中心机房配电系统新技术，并进行了其对于数据中心机房配电能力提高程度的分析，构建了配电新技术能力提升指标体系，结合实际开展了实验，重点分析其中一种新技术的应用。

结果表明配电系统新技术可以有效提高数据中心机房的配电能力，提高数据中心的效益。

关键词：

数据中心；配电系统新技术；效益提升

1.引言

随着数据中心机房服务器数量随企业各种应用的丰富而不断增加，业务系统的电量持续攀升；配电系统设备的配件老化和监控手段尚不健全等问题的出现；加之用户方面的需求提出等原因，数据中心机房配电系统技术落后的矛盾也逐渐显现。

因此如何从系统性能、安全合规性、节能性、可靠性和可扩展性等方面提高数据中心机房配电系统水平，使之达到国际配电先进水平，更有效的进行更可靠的供电保障和更有效的风险规避，从而提升数据中心的效益，就成为我们需要研究、解决的问题。

本文总共研究了四种国内外先进的配电新技术，初步构建了新技术对于数据中心机房配电系统的提升程度评价指标体系，选择其中一种新技术结合实际进行实验，明确其对机房配电系统的提升价值，结果表明配电新技术确实可以提高机房的配电系统水平，提升数据中心的效益。

本文的主要贡献简要总结如下：

首先，提出了一种合理可行的新技术研究分析方法；其次，构建了新技术的评价指标体系；最后，结合实际开展了实验研究。

本文的研究结果希望能对提高数据中心机房配电系统水平，提高数据中心能力提供一定的实验依据。

本文以下章节概述如下：

第1节介绍课题研究目的及全文概述；第2节介绍根据数据中心现有需求，配电系统新技术并提出新技术提升能力的分析模型；第3节介绍其中一种新技术的案例研究；第4节中分析了新技术的效益；第5节对全文总结并讨论了未来的工作方向。

2.配电新技术研究应用策略

大厦数据中心机房配电系统自2019年项目上线投入运行以来，已运行达到4个年头。

随着运行时间的增长，配电系统许多问题也浮出水面。

性能方面面临着系统电量不足;如何实现配电系统的可增容性；如何更好的实现节能化等问题。

管理方面无法实现无间断的实时监控；人力资源浪费；监测精度不足等问题。

2.1.数据中心机房配电系统现状

2.1.1基本情况

大厦数据中心机房建设有160KVA、200KVA、300KVA三套配电系统。

160KVAUPS配电系统总能力297KW；主要为A、B座网络间，视频会议控制室，B座19层****调控中心，A座20层卫星机房提供配电。

200KVAUPS配电系统总能力400KW；主要为一层机房E-K七个列头柜提供配电。

300KVAUPS配电系统总能力400KW；主要为一层机房A-D四个列头柜，三层机房，C座网络间、D座网络间、D座弱电间、D座24层卫星电视机房、D座24层卫星通信机房提供配电。

目前，三套配电系统均已满负荷运行。

2.1.2整体架构

大厦数据中心机房配电系统根据供电区域的不同，采用不同的配电设计方式。

160KVA由3台UPS设备组成N+1的模式，由大厦北配电室6#、7#变压器提供供电；200KVA由6台UPS设备组成2（N+1）模式，由大厦南配电室3#、4#、5#变压器提供供电；300KVA由6台UPS设备组成2（N+1）模式，由大厦南配电室3#、4#变压器提供供电。

2.2.需求分析

基于已有的配电实际运维工作经验、数据中心机房配电系统现状、用户需求等方面，从技术和管理等方面，总结分析现行配电系统的需求分析。

2.2.1业务目标

从系统性能、安全合规性、节能性、可靠性和可扩展性等方面提高数据中心机房配电系统水平，使之达到国际配电先进水平，使配电系统满足模块化，一体化，智能化，节能化，绿色化等要求，提高其稳定性和可靠性，对数据中心机房提供更可靠的供电保障和更有效的风险规避，从而提升数据中心的效益。

2.2.2功能需求分析

现有数据中心机房配电系统需增强可维护性和可增容性：

这是在考虑可用性的同时，必须考虑的使用要求。

一个典型的机房可能是一个封闭的、高度安全的基础设施，至少由电力、环境、消防、安防等多个的主要系统组成，它们之间相对独立而又相互联系，人为地干预某一个至关重要的设备都必须经过预先计划、受到控制、限定时间并需要高度的安全性。

由于负载系统始终处于不断的变化之中，例如设备的搬移或增加、电源系统的增容等，必须在这些变化时不会危及整个供电过程的连续性和可用性；同时对各种带电部件的维护，包括电缆和连接、电源到负载之间的供电路径等，必须是灵活且安全的。

现有数据中心机房配电系统需增强可管理性：

有效的管理包括对电源系统提供运行的实时信息，对设备进行有效的监控，并通过先进的电源配电系统对各种电**参数进行测量，实现对负载的管理，甚至提供非常重要的信息来防止故障和预期可能需要的变化。

现有数据中心机房配电系统由于供电能力不足导致机房无法扩容、电费昂贵、能效浪费等问题日益突出，所以如何实现机房配电系统的节能问题也具有重要的研究意义。

目前数据中心机房配电系统无法进行蓄电池的不间断实时监控，需要增加监测项目，以便更好的对蓄电池进行维护，延长其使用寿命。

2.3.配电新技术调研

随着服务器的应用越来越普及，高密度数据中心的电源问题变得更加突出。

目前，50%的数据中心的供电明显不足。

数据中心供电不足导数据中心的负荷是按照一级供电负荷进行设计，由于各种主设备进行数据的实时传递和处理对电源的稳定性和可靠性要求最高，因此数据中心一般采用机房专用配电柜规范数据中心的供配电系统。

日前，机房配电产品出现模块化、节能化、一体化、智能化的趋势。

根据目前数据中心机房配电系统的需求分析，对国内外配电新技术进行调研工作，得出可以解决现有问题的四种配电新技术如下：

2.3.1智能化PDU

智能化PDU为绿色机房提供了更加安全、可靠、智能的末端电源管理理念。

结合现代机房数字化IT平台，利用多种通讯模式，能及时发现机房电源异常，预防故障发生，并能迅速排除故障，降低人力成本。

可以更加合理、高效地分配机房电力资源。

2.3.2新型UPS

新型UPS具有全数字化、智能化、网络化等特性。

可进行系统运行状态自动识别和控制、系统故障自诊断、蓄电池自动监测管理、智能化内部信息监测与显示等。

简化了外部操作程序，有效地防止了系统的误操作对系统自身和负载所带来的危害，提高了UPS的可靠性。

具有高质量、高可靠、高指标、多功能等特点。

消除对市电的谐波“污染”，大幅度减少无功损耗，明显降低了运行成本，达到环保的目的。

2.3.3智能精密配电柜

精密配电柜是一款针对数据中心机房能源末端，综合采集所有能源数据的智能配电柜。

为终端能源监测系统提供高精度测量数据，通过显示单元，实时反映电能质量数据。

并通过数字通讯上载至后台环境控制系统。

以达到对整个配电系统的实时监控和运行质量的有效管理。

帮助用户优化网络数据中心，加强能耗管理，提高服务器机架运行效率，实现全方位绿色IDC提供可靠保障。

2.3.4蓄电池智能监测

蓄电池智能化监测，就是改变以往被动的设备管理方式，对于蓄电池做到实时、在线监测，对于可能发生的问题，作到提前判断，而不是当出现问题后的被动处理。

可以更好的对蓄电池进行维护，延长其使用寿命。

2.4.新技术研究模型公式

公式构建：

S=a1x1+a2x2+……anxn

本公式中，各个数值具体含义如下：

S：

各项新技术对现有数据中心机房配电系统水平提升的程度；

a1……an：

分别对应系统第一个指标至第N个指标的系数；

x1……xn：

分别对应系统第一个指标至第N个指标的权重值。

2.5.参数确定

根据实际中运维的经验确定新技术研究评估的指标参数：

稳定性能、影响范围、风险规避、监测能力、应急能力、管控能力、数据处理能力、开源节流能力等八项。

根据实际中运维的经验分析确定各个指标参数在配电系统的实际应用中所占的系数值即a值如下：

根据实际中运维的经验及各个新技术所能提高指标参数的程度，分析确定各个指标参数的权重值即x值如下：

2.6.新技术研究评估

由2.4中构建的新技术的研究模型公式以及2.5中的确定的参数系数和参数权重通过计算得出各个新技术的总得分（即对现有数据中心机房配电系统水平提升程度）如下图：

由上图可见：

四项配电新技术对现有数据中心机房配电系统水平的提升程度，提升最大的是智能化PDU，所以接下来，我们专门针对智能化PDU进行研究分析，并进行实际的实例实验，以更进一步的分析配电新技术的效用和对数据中心机房配电系统水平提升的作用。

3.应用案例

为了进一步验证分析配电新技术对现有数据中心机房配电系统水平提升的作用，我们决定更深层次的研究分析智能化PDU技术的应用效用，决定通过实验在大厦数据中心机房中两个机柜中加装了智能化PDU，针对原有的PDU进行对比分析，并进行智能化PDU新技术的预测分析，通过更为准确、有效的数据来验证此项配电新技术的作用。

实验思路及方法：

1、在大厦机房内搭建智能PDU应用环境，进行功能测试。

2、与大厦机房内现有PDU进行对比功能对比分析、采集功能、性能等方面的差异。

3、进行用户方面的调查，考察智能化PDU此项新技术的需求度和满意度。

4、参考公式模型，进行数据采集，从有效性、实用性和可行性等方面与现有PDU进行对比分析。

5、进行PDU使用年限对比，研究分析现有PDU的事故多发期和使用年限，预测分析智能化PDU的事故多发期和使用年限，进行对比分析研究。

数据分析依据：

1.**公司关于动力设施的报废规定。

2.**大厦机房配电系统硬件设备运行时间。

3.配电新技术在机房应用的可实施性。

4.新技术应用后的需求满足。

5.价格因素。

6.新技术实施过程中产生的影响程度。

7.不同新技术之间功能比较。

8.新技术应用后的扩展问题。

9.新技术应用后的生命周期。

4.效益分析

4.1定性效益分析

4.1.1智能化PDU性能分析对比

大厦数据中心机房现有PDU无法实现配电终端监测告警的功能，更无法实现PDU的电流阀值管控功能和远程管理功能；其安全能力、风险规避能力、可操作性能力和电力资源分配能力等都相对较低。

而通过实验，我们发现智能化PDU相比于现有PDU，不但提高了安全能力、风险规避能力、可操作性能力和电力资源分配能力；还实现了终端监测告警功能，可以与现有监测软件共用，实现对每个PDU的电流值的监测和告警，并且可采集和分析每个PDU的电流值，从而得出各个项目的用电量，为各个项目进行全方位、立体性的分析提供必要数据；还可以为特殊的PDU设置电流最高阀值，可以合理、有效的提高稳定性、管控能力和电力资源分配能力；还可以实现远程管理的功能。

另外在一定程度上节约了人力资源成本，总结如下表：

由上图可见，智能化PDU相比现有PDU成功的实现了“四项功能从无到有、四项能力从低到高、一项成本从高到低”的转变，成功的提高了数据中心机房配电系统的能力水平。

4.1.2系统用户级别、需求研究分析

针对现有大厦数据中心机房各种系统用户进行智能化PDU的需求度，对各个系统进行研究分析，确定系统级别以及需要应用智能化PDU新技术的系统，统计研究分析得出数据，如下图所示：

大厦数据中心机房现有项目35个，其中迫切需求智能化PDU的项目16个，需求智能化PDU的项目9个，对智能化PDU需求较小的项目10个，做出需求比例分析图，如下图所示：

其中迫切需求的比例为46%，需求的比例为26%，需求较小的比例为28%，由此可见，对于智能化PDU此项新技术的需求度还是相当大的。

4.2定量效益分析

4.2.