安科瑞马香霞

【摘要】分析了数据中心行业背景和用户需求，介绍了安科瑞数据中心综合能效管理系统的解决方案、平台功能及典型硬件。

【关键词】数据中心；综合能效管理系统

一、行业背景

在疫情的影响下，全球网络流量受到视频流量、电话会议、在线游戏、社交网络等数字应用增长的推动而激增。伴随物联网持续发展，未来对数据服务的需求将呈现出指数级增长。2020年，数据中心建设被中央正式列入新基建战略。近几年越来越受到国家重视，数据中心是新基建有序运行的基础保障，被视为“新基建的基础设施”。数字经济作为经济发展的新引擎，已经成为衡量一个国家综合国力的重要指标，同时我国正在加紧5G、智慧城市、大数据与云计算等新技术的应用。数据中心的作用和地位日益突出。

国家发展改革委等部门2022年2月17日正式发布消息，同意京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等地启动建设全国一体化算力网络国家枢纽节点。加上去年12月贵州、内蒙古、甘肃、宁夏启动建设全国一体化算力网络国家枢纽节点获得批复，“东数西算”8大算力枢纽和10个集群全部落地，进一步推动了数据中心的发展。

二、用户需求

1）可靠稳定安全的供配电

2）绿色低碳、节能降耗、提升PUE

3）提高运维效率、降低运营成本

4）一体化融合监控平台

三、解决方案

如下为AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统的驾驶舱导览图，根据能源流向、信息流向及电压等级变化，可以将“源网荷储充运维”这几个版块纳入我司AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统进行集中采集、监测和控制，保障数据中心的稳定可靠运行。

3.1源——供电源头

响应国家3060双碳目标，新建数据中心建设在自然资源较丰富的地区，建设新能源电站，利用“光伏发电”、“风力发电”等绿电资源，减少传统火电煤炭的使用比重。

3.2网——供电网络

供电网络包含四个子功能：“变电站综合自动化”、“电力监控”、“电能质量”和“电气安全”。

功能一：“变电站综合自动化”系统通过对变电站进出线的开关柜、变压器、直流屏等设备进行全面的监测，保证变压器的温度和运行正常。

功能二：“电力监控”系统围绕10KV到400V，对整个变配电环节的进出线及相关的设备，包括UPS，柴油发电机，以及电能质量进行监测，实时掌控每个回路的用电情况、开关分合闸状态，断路器异常跳变时报警推送和提醒，对柴油发电机的状态和柴油油位状态进行监测，同时通过备自投逻辑控制，确保供电自主切换；对并接的蓄电池的电压内阻温度等参数进行实时不间断监测，提前发现失效异常电池并推送信息给运维人员，提醒运维人员及时更换，确保一旦市电供电中断，蓄电池能够给服务器持续工作。

功能三：对供电局引入的市电侧采用电能质量在线监测装置监测电网引入的“电能质量”情况，确保输入的电能质量可靠；0.4KV低压配电网络采用APM电力仪表以及APF和SVG治理装置进行电能质量治理，治理开关电源、UPS等带来的电能质量问题，保障末端服务器用电的可靠纯净，工作不受干扰。

功能四：“电气安全”包括电气火灾监控，消防设备电源监控，防火门监控以及应急照明和疏散指示系统等消防系统，通过以上四个子功能，24小时可全面了解运营情况，保障数据中心供配电网络的可靠稳定安全。

3.3荷——用能负荷

数据中心的用能主要分为动力能耗，制冷能耗和照明能耗三大块。我们采用“能耗分析”功能，针对每个重要节点和设备进行能耗统计分析，作为能耗优化及调整的参考和数据支撑。通过分布在数据中心供配电系统各重要节点的采集设备监测电量、电流和电压等参数，对采集的参数进行分析和统计，以报表的形式展示数据中心各能效评估区域的能耗评估结果；

同时可以实时监测精密空调制冷风量和IT设备上架率，实时调整精密空调的制冷功率，降低能耗；并且通过智能照明控制，关闭长明灯，调整灯具发光亮度，策略控制灯具的点亮，实现人来灯亮、人走灯灭，*终达到降低照明能耗。

3.4储——电能存储

由于数据中心本身的用电负荷稳定，不允许供电电源产生异常波动，而考虑到新能源发电的非持续性，需要搭配储能来实现削峰填谷，平抑新能源发电的波动性，保障绿色电站的同时有效的提升整个数据中心的运营，降低成本。

3.5运维——运维管理

运维管理里面包含四个子功能：“用户报告”、“设备方案”、“故障告警”、“运维管理”本功能版块通过给运维人员制定运维计划，充分的把控数据中心各个环节的运营情况，通过有序的事故预防管理，实现防患于未来，可有效的降低基础设施的故障率，通过流程化的事件管理，使发生的故障在尽可能短的时间内恢复。且具有故障告警功能，对需报警事件进行过滤，将重要的告警信息推送给运维人员，便于运维人员进行及时排查和检修，实现全面的运维管理。

四、平台功能

1）系统主页

展示当前数据中心总能耗，动力能耗，空调能耗，及其他能耗并且计算出当前数据中心实时PUE值，通过仪表盘形式直观展示。

3）变电站综自

对数据中心变电站实时监控，并在一次图显示配电系统当前遥测、遥信数据和状态。

5）电力监控

电力监控云平台针对供配电系统的特点，对35KV及以下供配电实施一体化的实时监控，对电网的安全运行提供现代化手段，可实现无人值守。

2）电能质量监测

电能质量在线监测，可以监测电流和电压谐波畸变率、电压暂升暂降暂中断等暂态事件记录、ITIC容忍曲线等。

4）分布式光伏

对逆变器运行和电站进行监测，对电站发电进行统计和分析。

6）UPS监测

系统采集UPS输入、输出端和旁路三相电压、电流、有功功率、功率因数频率，同时监测UPS温度、蓄电池电压、当前负载下的剩余时间等数据。

7）蓄电池监测

展示单体电池电压、内阻和温度，预测电池带载时剩余时间，每节电池数据均可以设置异常报警，及时发现蓄电池异常。

9）列头柜监测

系统可以展示精密配电柜内进线和馈线回路电气参数，包括电流电压功率电能以及开关状态，并可以对数据进行报警设置和分级，数据取自精密配电柜测量模块。

11）母线槽监测

系统可以展示智能小母线的始端箱和插接箱电气参数，包括电流电压、开关状态、插接点温度，并对数据进行报警设置和分级。

8）能源分布

通过平面图显示数据中心能源分布，设备分布情况，并显示设备能耗数据，点击平面图上设备可以进入具体设备监控界面。

10）能耗分析

显示电能消耗日/月/年报表，并可对具体回路选择曲线图、饼图进行展示。对数据中心用电数据进行同比、环比分析比较，查看用电趋势。

12）环境监测

监测数据中心温湿度、开关门、水浸、烟雾、噪声、气体浓度状态等参数。曲线图直观明了，同时支持历史数据查询。

13）空调监测

系统可监测精密空调的回风温湿度，出回水温度，并可以设定精密空调的温湿度，达到更好的控制效果。

15） 智能照明

用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能化控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。

17）电气安全

电气接点温度实时监测，断路器触头、触臂、母排和线缆连接等位置安装无线测温传感器监测接点温度，便于提前发现温度异常导致的事故。

14）消防监控

智慧消防管理云平台是在智慧安全用的基础上，增加了火报系统，智慧烟感和智慧消防用水等设备和系统。实现火灾预防、火情报警和联动控制等功能。

16）故障报警

报警事件分为四级，通过列表显示各类报警事件数量，通过柱状图显示逐日报警数量，提供报警总数以及增长趋势。

18）运维管理

运维管理功能，可针对数据中心各主要设备进行巡检派工，消缺，抢修等维护工作。

五、典型硬件

围绕数据中心变配电电压等级的变化过程，如下可见AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统从110KV到10KV到400V到机房可用到我司的相关产品。

装置图片

装置名称

装置型号

装置功能

数据终端融合

ABOX

壁挂式，数据采集箱

边缘计算网关

ANet系列

电力抄表，数据转发，断点续传，边缘计算，命令透传，下行2路RS485通讯，上行网口/4G。

综合保护装置

AM系列

三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护。

智能操控装置

ASD系列

液晶屏显示一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温湿度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮、预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出。

弧光保护装置

ARB5-M

主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，弧光保护(8组)失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、非电量保护、装置故障告警。

电能质量分析装置

APView500

相电压电流+零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及申能、事件告警及故院录波，谐波(电乐/电流63次谐

波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看等

多功能仪表

APM系列

全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及*大需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月极值和上月极值(包含时间戳)。电流、线电压、相电压不平衡度，电压相间角度、电流相间角度，电压电流总(奇、偶)谐波含量，电压电流分次谐波(2-63次)含量电压波峰系数，电话波形因子，电流K系数，矢量图，电压、电流波形，基波电压、电流等。

无线测温

ARTM-Pn

可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个 ATE100/ATE100M/ATE200/ATE400无线温度传感器温度。通讯方式:RS485接口，Modbus协议。

电能质量治理

APF&SVG

通过有源无功补偿（SVG）缓解电压波动和闪变；通过储能装置缓解频率；通过有源滤波APF对负荷侧设备进行谐波治理，避免负荷侧谐波与并网谐波之间产生叠加或某频段的震荡。

智能照明控制

ASL系列

控制火线，每回路额定电流16A，磁保持

，延时控制，电流检测，定时控制。

电气火灾监控主机

Acrel-6000/B

接收电气火灾监控探测器信号，实现对保护电气线路的报警监视控制与管理，监控容量≤256点；

通讯方式；RS485接口；2G；4G；网口。

消防设备电源监控主机

AFPM100/B1

接收消防电源监控模块采集的电压、电流信号，判断电源设备的故障信息。实现对被保护消防设备电源的监视的报警监视控制与管理

通讯方式；RS485接口；2G；4G；网口。

防火门监控主机

AFRD100/B

实时接收监测并显示各路防火门装置的工作状态信息；

通讯方式；RS485接口；2G；4G；网口。

应急照明和疏散指示主机

A-C-A100

控制器通过总线网络实时监控各个终端，在险情发生时，自动将信息指令发布到每个终端，终端收到指令开始自动工作，实时指示***安全的疏散线路；

通讯方式；RS485接口；2G；4G；网口。

网络电力仪表

ACR系列

三相所有电力参数、*大需量记录(ACR320EFL) 分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。通讯方式:RS485，Prifibus-DP、以太网。

多功能电能表

AEM96

AEM72

三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、*大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史极值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率)、开关量、报警输出。

通讯方式:RS485接口，支持Modbus-RTU协议。

蓄电池监测模块

ABAT-S系列

监测电池电压、内阻与负极温度。

精密配电监控模块

AMC16Z系列

检测进出线的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、谐波。

精密配电监控模块

AMC100系列

检测进出线的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、谐波。

智能母线监控模块

AMB100系列

始端箱和插接箱全电量测量、谐波测量、漏电流、温度、湿度、*大需量、中性线电流、开关量输入、开关量输出，RS485通讯。

母线槽测温模块

AMB300系列

红外测温，测量母线槽单个连接器处的整体母排温度情况，NTC外壳测温，连接器处的湿度，二总线通讯。

六、结语

数据中心能效管理系统，集成了变电站综自，电力监控，电能质量，电源备自投等子功能，帮助用户实现数据中心供配电的可靠稳定安全，同时采用电气接点测温、智能照明控制、电能质量监测及治理、蓄电池在线监测、精密配电监控、智能母线监控以及消防监控等多种子功能，实现绿色低碳、节能降耗、提升PUE，通过运维版块提高数据中心运维效率、降低运营成本，*终实现一套系统，一体化平台全方面的把控和掌握数据中心的运行状态。