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數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化方案及設(shè)備選型
引自微信公眾號(hào)“數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理”2023年3月13日《為什么智能PDU對(duì)數(shù)據(jù)中心很重要？》，原文如下：
“作為 IT 買(mǎi)家，您可能希望在選擇合適的 PDU 時(shí)找到*佳價(jià)值。一個(gè)基本的 PDU 能夠提供可靠的配電，而智能 PDU除了提供可靠的配電還能夠提供更多高級(jí)功能，這些功能包括功率計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程插座控制等等。
普通PDU和智能PDU有什么區(qū)別？
機(jī)架安裝配電盤(pán)或機(jī)架配電單元 (PDU) 是一種配備許多插座的設(shè)備，可將電力分配給位于數(shù)據(jù)中心機(jī)架或機(jī)柜內(nèi)的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。分析公司 IHS 將它們分為兩大類：
1) 基本 PDU 提供可靠的配電。
2) 智能 PDU 提供高級(jí)功能，如電能計(jì)量、環(huán)境監(jiān)控和遠(yuǎn)程插座控制智能 PDU 可分為以下子類別：
a) 計(jì)量入口 PDU——計(jì)量入口 PDU 在 PDU 級(jí)別計(jì)量功率，并在本地和網(wǎng)絡(luò)上顯示數(shù)據(jù)。計(jì)量可幫助用戶確定為機(jī)架供電的電路的用電量和可用容量，從而更容易配置設(shè)備。通過(guò)在入口級(jí)進(jìn)行計(jì)量，用戶可以避免電路過(guò)載并輕松計(jì)算電源使用效率 (PUE) 等效率指標(biāo)。
b) 計(jì)量出口PDU——與計(jì)量入口 PDU 一樣，出口計(jì)量PDU可幫助用戶確定機(jī)架的用電量和可用容量，并促進(jìn)配置。*重要的是使用戶能夠了解設(shè)備或服務(wù)器級(jí)的實(shí)際功耗，從而可以比較效率并將成本分配給特定的業(yè)務(wù)部門(mén)或客戶。
c) 開(kāi)關(guān)式 PDU—— 開(kāi)關(guān) 式PDU 具有計(jì)量入口 PDU 的功能，還提供對(duì)單個(gè)插座或插座組的受控開(kāi)/關(guān)切換。它們使授權(quán)用戶能夠按特定順序遠(yuǎn)程重啟設(shè)備，提供電源排序延遲以*大限度地減少浪涌電流，并防止未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備配置。它們?cè)谶h(yuǎn)程和托管設(shè)施部署中至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S您通過(guò)重啟服務(wù)器來(lái)快速恢復(fù)服務(wù)?？梢赃h(yuǎn)程關(guān)閉不使用的設(shè)備以節(jié)省能源。
d) 帶出口計(jì)量的開(kāi)關(guān)式PDU——帶出口計(jì)量的開(kāi)關(guān)式 PDU 將開(kāi)關(guān)式 PDU 的所有功能與出口計(jì)量式 PDU 的功能結(jié)合在一起。智能 PDU 的每個(gè)子類別都具有可幫助數(shù)據(jù)中心降低運(yùn)營(yíng)成本、增加正常運(yùn)行時(shí)間/可用性、改善平均修復(fù)時(shí)間 (MTTR)、提高能源效率和管理現(xiàn)有容量的功能。
為什么選擇合適的 PDU 很重要？
尋找更好的長(zhǎng)期價(jià)值
由于 IT 購(gòu)買(mǎi)者正在為較小的預(yù)算而苦苦掙扎，較低的價(jià)格往往是一個(gè)決定性因素。由于基本 PDU 的零售價(jià)較低，因此購(gòu)買(mǎi)它們似乎更劃算。其他人可能不相信智能機(jī)架 PDU 的高級(jí)功能可以提供額外的價(jià)值，或者他們的組織沒(méi)有時(shí)間或資源從中受益。因此，許多購(gòu)買(mǎi)者選擇基本型 PDU，盡管從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，智能型 PDU 可以提供更大的價(jià)值和成本節(jié)約。
要了解為什么智能 PDU 是更好的選擇，我們需要首先檢查它們可以解決的常見(jiàn)問(wèn)題。幾乎所有數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在都面臨的主要挑戰(zhàn)
數(shù)據(jù)中心*重要的一個(gè)目標(biāo)是確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。機(jī)架 PDU 通過(guò)為插入其中的所有設(shè)備（服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）提供穩(wěn)定、可靠和充足的電力來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。但是，也要考慮數(shù)據(jù)中心面臨的其他一些主要挑戰(zhàn)。
• 電源容量管理和配置
• 能源管理
• 環(huán)境管理
• 物理和網(wǎng)絡(luò)安全
• 計(jì)算能力需求
• 資產(chǎn)和變更管理
電源容量管理和配置——許多數(shù)據(jù)中心以混亂和無(wú)計(jì)劃的方式增長(zhǎng)。技術(shù)人員經(jīng)常將新設(shè)備插入第一個(gè)可用的插座，而對(duì)可用的電容量知之甚少。這可能會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷并導(dǎo)致停機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2013 年，停機(jī)的平均成本就高達(dá)到驚人的每分鐘 7908 美元。
能源管理——許多數(shù)據(jù)中心支持比需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施。一份研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)，平均服務(wù)器僅以12-18%的容量運(yùn)行。因此，采用幾種*佳實(shí)踐可以將電力消耗減少多達(dá) 40%。
環(huán)境管理——雖然 IT 設(shè)備占能源成本的 50%，但另有 37% 用于冷卻和循環(huán)空氣。數(shù)據(jù)中心通常會(huì)過(guò)冷以防止設(shè)備故障，但將恒溫器溫度每升高華氏度，可節(jié)省高達(dá) 3% 的當(dāng)前能源費(fèi)用。
物理和網(wǎng)絡(luò)安全——對(duì)機(jī)柜和過(guò)道的安全訪問(wèn)控制的需求正在上升。2011 年，美國(guó)*大的上市醫(yī)療保健公司之一 Health Net, Inc. 報(bào)告稱，由于其管理的數(shù)據(jù)中心的多個(gè)服務(wù)器驅(qū)動(dòng)器丟失，導(dǎo)致全國(guó)多達(dá) 190 萬(wàn)人的個(gè)人健康記錄受到損害。
計(jì)算能力需求——盡管數(shù)據(jù)中心在不斷縮小和擴(kuò)張，但在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，一個(gè)不變的趨勢(shì)是對(duì)更多計(jì)算能力的需求，這種快速擴(kuò)張將比數(shù)據(jù)中心過(guò)去經(jīng)歷過(guò)的電力需求大得多。
資產(chǎn)和變更管理——對(duì)于正在擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心，手動(dòng)跟蹤資產(chǎn)可能很麻煩且成本很高。一項(xiàng)研究指出，庫(kù)存收集、庫(kù)存核對(duì)、查找錯(cuò)放資產(chǎn)、手動(dòng)存儲(chǔ)庫(kù)更新和更換錯(cuò)放資產(chǎn)的過(guò)程每年花費(fèi) 71.4 萬(wàn)美元和大約 706 個(gè)工作日。
解決這些挑戰(zhàn)需要一種智能方法
簡(jiǎn)而言之，數(shù)據(jù)中心面臨著挑戰(zhàn)。需要解決這些挑戰(zhàn)，以控制運(yùn)營(yíng)成本并滿足新的業(yè)務(wù)需求。數(shù)據(jù)中心將需要優(yōu)化利用電力、空間、冷卻和人員。智能 PDU 是可以解決所有這些問(wèn)題的平臺(tái)。現(xiàn)在我們將討論如何為您的數(shù)據(jù)中心選擇合適的機(jī)架 PDU，如何為您的機(jī)架提供可靠的電力，以及如何為現(xiàn)在和未來(lái)創(chuàng)建一個(gè)可靠、高效且環(huán)保的數(shù)據(jù)中心?！?/div>
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摘要：數(shù)據(jù)中心*重要的目標(biāo)之一是確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。數(shù)據(jù)中心的供電上從高壓電源入口到末端配電采用了很多高可靠性的設(shè)計(jì)，比如多路獨(dú)立高壓市電電源、大容量中壓柴油發(fā)電機(jī)組，UPS的冗余配置等等，這往往意味著高昂的成本，都是為了提高供配電系統(tǒng)容錯(cuò)能力。精密配電柜(也稱列頭柜)或母線槽承擔(dān)為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等IT設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電源的末端配電環(huán)節(jié)，其運(yùn)行穩(wěn)定性也尤為重要。在這個(gè)環(huán)節(jié)，幾乎所有的數(shù)據(jù)中心都面臨著一些共性的挑戰(zhàn)，包括電源容量管理和配置、數(shù)據(jù)中心能源管理、環(huán)境管理、安全管理、計(jì)算能力需求擴(kuò)張、資產(chǎn)和變更管理等等，本文通過(guò)數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化解決方案，配合數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)來(lái)探討如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
1 數(shù)據(jù)中心末端配電面臨的挑戰(zhàn)
電源容量管理和配置：許多數(shù)據(jù)中心缺乏有計(jì)劃的增長(zhǎng)擴(kuò)容，工程師經(jīng)常將新設(shè)備接入看似可用的回路，而對(duì)回路可用的負(fù)荷容量知之甚少。這可能會(huì)導(dǎo)致回路過(guò)負(fù)荷保險(xiǎn)絲熔斷并導(dǎo)致停機(jī)并導(dǎo)致很大的經(jīng)濟(jì)損失，服務(wù)中斷的損失是以秒來(lái)計(jì)算的。
能源管理：數(shù)據(jù)中心*重要的能效指標(biāo)PUE的計(jì)算涉及到所有IT設(shè)備的耗能，而IT設(shè)備的耗能計(jì)量都集中在末端配電，所以在末端需要具備正確的能源計(jì)量和管理。
環(huán)境管理：雖然IT設(shè)備耗能占能源成本的50%以上，但另有36%用于冷卻和循環(huán)空氣。數(shù)據(jù)中心通常會(huì)將機(jī)房溫度調(diào)到過(guò)冷以防止設(shè)備故障，但將機(jī)房溫度升高1攝氏度，*多可節(jié)省高達(dá)7%的冷卻耗能成本，所以需要在溫度控制和能耗之間找到*佳平衡點(diǎn)。
安全管理：不管供配電前端在可靠性上做了多少冗余，如果忽視了末端的配電安全管理都是無(wú)用功，對(duì)末端的電源插接點(diǎn)接觸以及溫升情況也需要重點(diǎn)關(guān)注。
計(jì)算能力需求：在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，一個(gè)不變的趨勢(shì)是對(duì)更多計(jì)算能力的需求，這種快速擴(kuò)張將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中對(duì)的電力需求越來(lái)越大。
資產(chǎn)和變更管理：對(duì)于正在擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心，手動(dòng)跟蹤資產(chǎn)可能很繁瑣且成本很高。研究指出，庫(kù)存收集、庫(kù)存核對(duì)、查找錯(cuò)放資產(chǎn)、手動(dòng)存儲(chǔ)庫(kù)更新和更換錯(cuò)放資產(chǎn)的過(guò)程每年花費(fèi)的人力和資金成本巨大。
2 數(shù)據(jù)中心末端配電的數(shù)字化方案
需要解決這些挑戰(zhàn)，提高業(yè)務(wù)連續(xù)性、控制運(yùn)營(yíng)成本并滿足新的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，數(shù)據(jù)中心將需要對(duì)末端配電環(huán)節(jié)有更全面的監(jiān)測(cè)和管理。智能化的精密配電柜和智慧小母線系統(tǒng)可以提供解決方案。接下來(lái)將討論如何為數(shù)據(jù)中心選擇合適的末端配電數(shù)字化解決方案，創(chuàng)建可靠、高效且環(huán)保的數(shù)據(jù)中心。
2.1 精密配電柜數(shù)字化方案
精密配電柜是為數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備機(jī)柜提供電源的末端配電設(shè)備，一般采用雙回路供電，電源分別來(lái)自兩臺(tái)冗余的UPS，分為交流和直流供電，一般放置在機(jī)柜陣列的兩端，也稱列頭柜，如圖1所示。
圖1 ANDPF精密配電柜
安科瑞精密配電監(jiān)控解決方案針對(duì)精密配電柜監(jiān)控?cái)?shù)字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統(tǒng)。由觸摸式液晶顯示屏、綜合信息處理主機(jī)模塊、開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集模塊、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模塊等組成。監(jiān)測(cè)兩路主進(jìn)線和A+B雙面饋線回路電量參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、諧波含量、柜內(nèi)溫濕度等數(shù)據(jù)，可以在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)顯示和報(bào)警。產(chǎn)品方案見(jiàn)表1。
表1 安科瑞精密配電柜數(shù)字化方案產(chǎn)品選型
2.2 母線槽數(shù)字化方案
近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的快速發(fā)展，智能母線槽的方案運(yùn)用越來(lái)越多。相比傳統(tǒng)精密配電柜，數(shù)據(jù)中心母線槽架空鋪設(shè)，具有安裝檢修方便、不占地、散熱快、易增容等優(yōu)勢(shì)。母線槽通過(guò)始端箱從前端UPS取電，以母排系統(tǒng)組成輸電結(jié)構(gòu)，采用即插即用的方式，通過(guò)插接箱給各個(gè)IT機(jī)柜內(nèi)的PDU供電。
圖2 智能母線槽數(shù)據(jù)采集方案示意圖
安科瑞智能母線槽方案在始端箱和插接箱內(nèi)配置AMB100/AMB110監(jiān)測(cè)單元，測(cè)量始端箱、插接箱電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、諧波畸變、溫濕度、漏電電流等數(shù)據(jù)，可以通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，在本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)母線槽的數(shù)據(jù)展示和異常預(yù)警。
另外由于母線槽是由銅制母排搭接而成，接頭部位可能會(huì)由于接觸不良而異常發(fā)熱，所以需要對(duì)母線槽接頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，安科瑞AMB200母線接頭溫度監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行接觸式測(cè)溫，AMB300通過(guò)紅外非接觸式測(cè)溫方式監(jiān)測(cè)母線溫度，數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸本地觸摸屏顯示，同時(shí)可以上傳數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)母線槽溫度的實(shí)時(shí)預(yù)警，設(shè)備選型如表2所示。
表2 智能母線槽解決方案選型表
3 AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)
AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)搭建基于高、中、低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、UPS的實(shí)時(shí)監(jiān)控和末端配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的電力監(jiān)控、PUE分析以及動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)，幫助數(shù)據(jù)中心管理者全面了解數(shù)據(jù)中心能源運(yùn)行情況，并關(guān)注消防和電氣安全，及時(shí)預(yù)警異常情況，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行。除了變電站、柴油發(fā)電機(jī)和UPS運(yùn)行監(jiān)控以外，特別是針對(duì)數(shù)據(jù)中心的末端配電環(huán)節(jié)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)跟蹤到每一個(gè)回路的電氣參數(shù)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)等。
3.1 電源容量管理和配置
系統(tǒng)監(jiān)測(cè)每路饋線回路的電流、功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和用電量，還可以配置溫度、濕度傳感器用于監(jiān)測(cè)線路接點(diǎn)溫度和柜內(nèi)濕度，設(shè)置參數(shù)高低越限告警，避免回路超負(fù)荷運(yùn)行而導(dǎo)致意外斷電。
3.2 能源管理
數(shù)據(jù)中心*重要的能效指標(biāo)PUE的計(jì)算涉及到所有IT設(shè)備的耗能，系統(tǒng)從高壓到末端采集數(shù)據(jù)中心用電量，并按照IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)(冷凍水機(jī)組、空調(diào)末端、新風(fēng)等)、供電系統(tǒng)(變壓器、UPS、發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān))、照明及辦公用能進(jìn)行分類，計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值、制冷負(fù)載系數(shù)CLF、供電負(fù)載系數(shù)PLF等，為數(shù)據(jù)中心能效診斷提供數(shù)據(jù)支持。
3.3 環(huán)境管理
系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心不同溫度數(shù)據(jù)下計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE和CLF值的變化，來(lái)協(xié)助管理者尋找*佳運(yùn)行溫度，在溫度控制和能耗之間找到*佳平衡點(diǎn)。同時(shí)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心溫濕度、浸水、煙霧等影響數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的因素，并及時(shí)提供預(yù)警。
3.4 安全管理
系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精密配電柜或母線槽系統(tǒng)電氣接點(diǎn)溫度以及漏電電流，并設(shè)置溫度、漏電越限告警，及時(shí)消除系統(tǒng)隱患。同時(shí)針對(duì)數(shù)據(jù)中心大量的UPS蓄電池內(nèi)阻、溫度、可燃?xì)怏w含量也進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，保障數(shù)據(jù)中心運(yùn)行安全。
3.5 資產(chǎn)和變更管理
系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供設(shè)備管理和運(yùn)維管理功能，包括設(shè)備臺(tái)賬、設(shè)備保養(yǎng)、工單管理、巡檢記錄、缺陷管理、搶修記錄等功能，告別依靠手工記賬，降低人力和時(shí)間成本。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著對(duì)算力的需求增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心也將加速發(fā)展。為了保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行，除了在電源和前端變配電系統(tǒng)上下功夫外，數(shù)據(jù)中心的末端配電系統(tǒng)數(shù)字化管理更為重要。安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心能效管理系統(tǒng)配合安科瑞精密配電柜系統(tǒng)、智能母線槽系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心的末端配電提供負(fù)荷監(jiān)測(cè)、能效管理、安全預(yù)警和設(shè)備運(yùn)維管理，為數(shù)據(jù)中心連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供保駕護(hù)航。
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