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

馬學(xué)昆

（中通服建設(shè)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(chǔ)和處理節(jié)點(diǎn)，正在經(jīng)歷一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，在面臨高安全、高可靠、高可用信息服務(wù)考驗(yàn)的同時(shí)，巨大的電能消耗和巨額電費(fèi)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(shè)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(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，也是實(shí)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(shè)原則。首先，數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷的持續(xù)運(yùn)作，突然斷電會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的丟失或者損毀。瞬時(shí)電流過大，可能會(huì)燒壞電路和儲(chǔ)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(jì)表明，在造成數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)終端的原因中，由電源故障過電壓等導(dǎo)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(guān)重要。業(yè)內(nèi)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，數(shù)據(jù)中心IT設(shè)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(chǔ)設(shè)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(guān)柜、開關(guān)裝置和變壓器等。因此，配電系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)因素之一，配電設(shè)備性能未充分使用會(huì)直接導(dǎo)致成本的浪費(fèi)。

根據(jù)GB50174-2008標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房按重要性劃分為A、B、C三級(jí)。A級(jí)數(shù)據(jù)中心的供配電電源應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷考慮，應(yīng)由兩個(gè)電源供電外，還應(yīng)配置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。B級(jí)數(shù)據(jù)中心應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷考慮，當(dāng)不能滿足兩個(gè)電源供電時(shí)，應(yīng)配置備用柴油發(fā)電機(jī)電源。C級(jí)應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷考慮，宜由兩個(gè)電源供電。

在建設(shè)數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)時(shí)，為了防止突然供電造成瞬時(shí)電流對(duì)電器元件的破壞，需要將外部的電源先輸入總配電柜，進(jìn)行先行的處理，之后再將電力供應(yīng)到數(shù)據(jù)中心的不同設(shè)備區(qū)。總的配電柜要有相應(yīng)的防范火災(zāi)設(shè)備，如果條件允許，可以設(shè)置煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，一旦有危險(xiǎn)發(fā)生，可以自動(dòng)隔離數(shù)據(jù)中心的不同區(qū)域，防止災(zāi)情蔓延造成更大的損失。煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)還可以及時(shí)通報(bào)有關(guān)部門，把意外災(zāi)害對(duì)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(jiǎn)單分類為兩個(gè)部分：一個(gè)為主要的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備供電；另一個(gè)為數(shù)據(jù)中心員工日常進(jìn)行供電。相比而言，為精密設(shè)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(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

1.2 數(shù)據(jù)中心IDC能源管理現(xiàn)狀

由于溫室效應(yīng)和能源危機(jī)的影響，我國(guó)發(fā)展方式發(fā)生了翻天覆地的革命，在設(shè)施的規(guī)劃與建設(shè)方面發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變，規(guī)劃發(fā)展低碳型經(jīng)濟(jì)越來(lái)越重要。隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，對(duì)大數(shù)據(jù)的需求越來(lái)越迫切，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求也越來(lái)越多。因此，我國(guó)的數(shù)據(jù)中心數(shù)量劇增。但是，當(dāng)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(diǎn)，隨著數(shù)據(jù)的不斷增加，浪費(fèi)的電力資源已形成相當(dāng)?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(gè)相同的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，而某些地區(qū)對(duì)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(shè)備進(jìn)行大功率運(yùn)行，從而造成了能源的巨大浪費(fèi)。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(dāng)?shù)貧夂驐l件采用耗電量較低的設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)中心的電子器件進(jìn)行降溫。我國(guó)是世界第一人口大國(guó)，再加上我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，在我國(guó)建設(shè)社會(huì)主義的道路上，能源的消耗非常大。如果不積極進(jìn)行低碳型發(fā)展，會(huì)加速溫室效應(yīng)的蔓延和嚴(yán)重程度，所以必須減少粗獷型使用能源的模式，改善我國(guó)能源管理質(zhì)量，建成生態(tài)文明國(guó)家，在國(guó)際上樹立一個(gè)負(fù)責(zé)任的大國(guó)形象，為世界綠色化發(fā)展做出貢獻(xiàn)[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(shè)計(jì)

我國(guó)配電系統(tǒng)的改進(jìn)應(yīng)學(xué)習(xí)目前世界上較為先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心IDC配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。發(fā)達(dá)國(guó)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(diǎn)，需要各地區(qū)根據(jù)自己的需求進(jìn)行相應(yīng)選擇。下面將詳細(xì)介紹UPS配電系統(tǒng)的優(yōu)劣和改進(jìn)措施。UPS配電系統(tǒng)擁有良好的防止突然斷電設(shè)計(jì)，在主要的供電線路電流中斷時(shí)，供電系統(tǒng)可以自動(dòng)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(yùn)行不會(huì)受到斷電影響。但是，UPS也有缺陷，因?yàn)樵赨PS系統(tǒng)中，通常會(huì)因?yàn)樽陨淼脑驅(qū)е聰?shù)據(jù)中心斷電，因?yàn)閁PS系統(tǒng)的設(shè)備故障率較高，且更換維護(hù)現(xiàn)有設(shè)備較難，不僅導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)未來(lái)的頻繁維修，還會(huì)造成數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本增加。為了解決這個(gè)問題，需要在設(shè)計(jì)UPS配電系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)備用線路和備用設(shè)備，并且二者要做到并聯(lián)，以保證在維護(hù)設(shè)備時(shí)，不影響數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行。

當(dāng)前我國(guó)大數(shù)據(jù)發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)中心需要不斷升級(jí)設(shè)備。隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)備的增加，數(shù)據(jù)設(shè)備的運(yùn)行功率不斷增加，對(duì)相對(duì)應(yīng)配電系統(tǒng)的要求更加嚴(yán)格。由于UPS系統(tǒng)的設(shè)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(shí)，需要提前考慮未來(lái)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展?fàn)顩r和電力需求，選擇具有較大負(fù)載功率的配電設(shè)備；但是，這種選擇會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)造成建造成本過高。在當(dāng)前技術(shù)條件下，較高負(fù)載的配電設(shè)備往往是較為先進(jìn)的配電設(shè)備；因此，購(gòu)買價(jià)格相較于數(shù)據(jù)中心進(jìn)行升級(jí)后的價(jià)格必然很高。在選擇UPS配電系統(tǒng)時(shí)，一定要改進(jìn)其單一設(shè)備的設(shè)計(jì)，增加備用設(shè)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(gè)需要進(jìn)行全面分析，針對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)的工作。要加強(qiáng)各地?cái)?shù)據(jù)中心的節(jié)能意識(shí)，節(jié)能意識(shí)不僅要從人員的培訓(xùn)入手，還要從上層的管理入手。由上級(jí)機(jī)構(gòu)依據(jù)當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)中心的發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能目標(biāo)設(shè)置，自上而下，逼迫數(shù)據(jù)中心進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能改革。設(shè)置目標(biāo)時(shí)，要進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，查看當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)中心耗能大的原因，并找出相應(yīng)的解決措施。如果需要進(jìn)行配電設(shè)備的更換和更新，需要對(duì)更換成本和設(shè)備繼續(xù)使用所造成的浪費(fèi)成本進(jìn)行對(duì)比，從而為是否更換設(shè)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(duì)數(shù)據(jù)中心各設(shè)備的能耗進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)與計(jì)算，通過引入設(shè)備級(jí)電源的監(jiān)控，獲得數(shù)據(jù)中心最詳細(xì)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(chǔ)設(shè)備的利用率。在空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改進(jìn)中，可以在某些時(shí)段利用外界自然風(fēng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫，如在北方冬季可以采用通自然風(fēng)的方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備降溫。

3 結(jié) 論

數(shù)據(jù)是沒有被篩選處理的信息，當(dāng)數(shù)據(jù)被系統(tǒng)地篩選和處理后，會(huì)得到很多有利于社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的信息。但是，大數(shù)據(jù)被應(yīng)用的前提是數(shù)據(jù)中心的不間斷持續(xù)運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心IDC的持續(xù)運(yùn)行需要可靠的綠色配電系統(tǒng)提供支持。然而，當(dāng)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(diǎn)；因此，需要優(yōu)化數(shù)據(jù)中心IDC的配電系統(tǒng)，改進(jìn)數(shù)據(jù)中心IDC相應(yīng)的節(jié)能措施，以促進(jìn)我國(guó)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心供電的穩(wěn)定性。