电能质量数据分析对数据中心的影响有哪些

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& 很多人都听过绿色机房、环保机房等概念,但是究竟什么样的机房才是绿色机房、环保机房呢?用一个什么指标来衡量机房是否为绿色机房呢?下面由小编为大家详细解读:
& 随着大数据时代的到来,IT设备高密度的集成化,数据中心的设备散热日渐趋高的现象开始受到了各界强烈关注。而根据某研究显示,IT数据中心的碳排放已经成为最大的温室气体排放源之一,一年产生的碳排放为8.6亿吨,而且该领域的排放势头还在随着全球对计算、数据存储和通信技术需求的增长快速上升,预计到2020年,全球IT相关碳排放也将达到15.4亿吨。所以现在越来越多的人关注绿色机房的建设,而绿色机房建设中关键标准是PUE值。
一、PUE是什么?
PUE是英文PowerUsageEffectiveness的简写,是评价数据中心能源效率的指标,是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比。PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗,PUE是一个比值,基准是2,越接近1表明能效水平越好。
PUE(PowerUsageEffectiveness,电源使用效率)值已经成为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高。
二、影响PUE的主要因素
1.机房空调的耗电量
由于信息系统机房中的空调负荷主要来自于计算机主机设备、外部辅助设备的发热量,其中服务器、存储、网络等主设备占到设备散热量的80%。所以随着服务器集成密度的持续增高,服务器机柜设备区就成为了机房内主要的热岛区域。服务器设备热密度越来越大。机房下送风空调系统是将抗静电活动地板下空间作为空调系统的送风静压箱,空调机组由通风地板向机柜、设备等热负荷送风。可是当冷风从高密度机柜前面的地板出风口送出的冷风至机柜中部时,冷风已经被服务器全部吸收,所以若机柜上半部分没有足够的冷量,就会导致机柜上半部分的设备无法正常运行。
2、UPS的耗电量
数据中心的UPS电源占机房总功耗的5%左右。而UPS自身的功率占UPS的7%左右。而且机房建设的等级越高需要UPS的数量就越多。比如:一个国标C级的机房配置一台400KVAUPS就可以满足要求,若这个机房中的负载没有变化,只是等级从C级变成A级,则UPS就会从一台400KVA变成四台400KVA的UPS。所以解决UPS的自身功耗也是非常重要的。如果机房供电的电源质量非常好,UPS的工作方式就可以采用后备式的方式。正常工作市电通过UPS的旁路直接给负载进行供电,UPS处于备份状态。市电停电以后,直接转换成UPS电池供电模式。通过这样的方式可以节约所有UPS的自身功耗的电量。从而有效的提高PUE值。
3.IT设备的耗电量
PUE无论怎么变化,都是大于1的乘数因子。要做到最佳节能,降低服务器等IT设备的功耗,才是最有效的方法。比如1W的IT设备需要总功耗电量为1.6W。当降低服务器设备功耗为0.8的时候,数据中心总功耗立即降为0.8&1.6=1.28。IT设备降低了0.2,而总耗电量降低了0.32。国外先进的数据中心机房PUE值通常小于2,而我国的大多数数据中心的PUE值在2-3之间。所以国内机房内芯片级主设备1W的功耗会导致总体耗电量达到2-3W,而国外机房内芯片级主设备1W的功耗只会导致总体耗电量为2W以下。
&& 所以,如果要做绿色环保机房,就要控制好机房的PUE值,而降低PUE值就需要从以上三个因素来提前做设计与规划,目前机房建设工程里面的冷通道技术可以把PUE值控制到2以下,如果有机房工程建设的需求,可以联系鑫融网络客服。鑫融网络12年专注于提供数据中心一体解决方案。
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数据中心是当今最热门的技术发展领域之一。数据中心的供配电是为机房内所有需要动力电源的设备提供稳定可靠的动力电源。对于整个数据中心系统,数据中心的配电可靠性是最关键的任务,哪怕仅仅几秒钟的停机中断,也可能造成数百万美元的损失。
随着电力电子等技术的发展,现代IDC机房的用电负载也在不断发生变化,高可靠、节能、节约与绿色清洁供电已经成为主要的发展方向。高频化的HVDC、UPS广泛使用,通过大量变频节能技术提高能效利用率,供电拓扑也开始大量使用一路市电与一路不间断电源供电模式。然而变频化的HVDC、UPS、变频器、开关电源等产生大量容性无功和谐波。谐波和无功等电能质量问题成为了制约数据中心可靠性提高的关键因素。
GB/T14549-93 《电能质量:公用电网谐波》
GB/T 《电能质量:三相电压允许不平衡度》
GB/T 《电能质量:电力系统频率允许偏差》
GB/T 《电能质量:电压波动和闪变》
GB/T 《电能质量:供电电压允许偏差》;
GB/T 《电能质量:暂时过电压和瞬态过电压》
GB/T 《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》
GB 《低压电气电子产品发出的谐波电流限值》
GB4208-93 《外壳防护等级的分类》
数据中心应用场景
数据中心机房方案
针对IDC机房容性无功比较大的情况,采用静止无功发生装置,具备双向无功补偿能力,使系统保持0.99的单位功率因数,同时采用有源电力滤波器综合解决数据中心的谐波问题,消除谐波对电力系统的危害,避免谐振风险,有效改善数据中心电能环境,提升系统可靠性。
该方案主要针对数据中心的机房配电,由于机房负荷主要由UPS供电,UPS整流过程中容性无功比较大,所以采用静止无功发生装置,具备双向无功补偿能力,使系统保持接近为1的单位功率因数,同时可采用有源电力滤波器进行电能质量的改善,综合解决数据中心的谐波问题,消除谐波对电力系统的危害,避免谐振风险,有效改善数据中心机房用电环境,提升机房用电可靠性。
数据中心基础设施方案
对于数据中心基础设施设备,主要非线性负荷为空调机组和照明及办公设备等,采用动态消谐式无功补偿提升系统功率因数,同时采用有源电力滤波器解决谐波问题,消除谐波对电力系统的危害,避免谐振风险,有效改善用电环境,提升系统可靠性。
该方案主要针对数据中心的基础设施配电,动态消谐式无功补偿部分进行功率因数提升,有源电力滤波器进行谐波治理,从而使系统的功率因数和谐波都能满足要求,更好地保障数据中心基础设备的用电需求。
静止式无功发生器
特点? 采用8寸人机交互界面 ? 实时动态补偿,无极输出 ? 毫秒级响应时间
功能? 显示电压、电流、功率因数、波形曲线、记录查询等信息
有源电力滤波器
特点? 采用8寸人机交互界面 ? 最高滤波次数为50次,谐波滤除率大于97% ? 全响应时间小于5ms,控制更快,效率更高
功能? 显示补偿前后系统波形图、谐波频谱图、THDi、THDu、电流有效值、功率因数等系统的电能质量改善等信息
无功补偿控制器
特点? 采用高清液晶人机交互界面 ? 可进行手动/自动投切进行选择;支持等容、编码及模糊控制投切方式 ? 完善的保护功能
功能? 显示电流、电压、有功、无功、功率因数等信息
动态投切单元
特点? 采用原装进口可控硅 ? 毫秒级的响应时间 ? 投入不产生涌流,切除不产生高压
功能? 动态投切单元是利用晶闸管作为导通器件用于动态功率因数补偿的无触点、高可靠性快速投切开关
消谐式无功补偿组件
特点? 电抗率精确匹配 ? 电抗器采用无骨架的创新型专利设计
功能? 消谐式无功补偿组件是将一定电抗系数的滤波电抗器和一定容量的低压电力电容器进行适当比例的配置,组成滤波回路,从而达到无功补偿与谐波治理的目的JIFANG360.com - 机房360
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数据中心运转对周围环境的影响
摘要:数据中心犹如庞然大物,运转起来一方面给人们的生活和工作提供了极大便利,而另一方面对周围环境也会产生很多负面影响,在人们周围环境日益恶化的情况下,数据中心很快成为了众矢之的。
  数据中心犹如庞然大物,运转起来一方面给人们的生活和工作提供了极大便利,而另一方面对周围环境也会产生很多负面影响,在人们周围环境日益恶化的情况下,数据中心很快成为了众矢之的。很多环保组织阻止那些高污染、高能耗的数据中心继续运行,唤醒人们环境保护的意识,不少国家也从政府层面颁发一些法令,对数据中心的建设和运行进行管控,避免人为造成环境的二次污染,建设绿色环保的数据中心渐渐成为人们的共识。那么,一个数据中心运转起来对周围环境都有哪些影响呢?本文逐一道来。
  碳排放
  数据中心里包含有大量的电子设备,这些设备几乎全部都要靠电力才能运行,所以数据中心要消耗大量的电能。除此之外,还有空调系统、消防系统、监控系统、照明系统等等,几乎每个环节都需要电力,没有电力,数据中心根本玩不转。数据中心使用的电能与二氧化碳排放量有着密切关系,这主要是看数据中心使用的电力是靠什么能源发电得来的,各种能源在发电过程中二氧化碳的排量都是不同的。例如:使用煤发电的二氧化碳排量比使用天然气发电的二氧化碳排量大,燃烧天然气发电又比风能、太阳能发电二氧化碳的排量大,数据中心的电力一定程度上决定了数据中心的碳排放量。当然,绝大部分的数据中心无法像Facebook、谷歌,微软等这些巨头企业一样建设数据中心的同时,还可以建造一座风力或碳排放量极少的发电厂。这样,数据中心无法从源头上减少碳排量,不过依然还可以从自身方面减少碳排放。比如:备用发电机的碳排放量,当数据中心主力供电出问题时,要临时启动备用电源,数据中心停电时,使用备用发电机在运行时会消耗燃料,排放出污染物质,这包括氧化氮、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳和颗粒物,所以备用电源尽量用蓄电池方式,减少碳排放。还有避免火灾、数据中心驻留人数过多,这些都会增加数据中心的碳排放,减少氧分子的含量,对周围的环境是非常不利的。
  数据中心内部要保持恒温恒湿的环境,以便设备可以长期稳定运行,而这些设备运行会产生大量的热能,数据中心要通过通风系统将这些热量带出去,从而达到恒温恒湿的目的。这些热量被数据中心排出,却很少有人关注这些废热。数据中心通过高效的制冷系统,保持内部的恒温恒湿,却升高了户外环境的温度,这就和空调一样,夏天到来时,大城市里会显得更加闷热,乡村却没那么热,是因为大城市到处都是空调,虽然屋里的温度很舒适,但外部的环境更加恶劣了。建筑废热会加剧环境和变暖问题,其中包括空气污染,高温引起的疾病,使水质恶化和在夏季的晚上增加能源消耗,工业废热同样给环境造成了严重污染,这其中有数据中心的贡献。废热也不是一无是处,如果加以利用还是能够变废为宝,数据中心产生的废热可以用来供暖,或者用来发电,现在通过废热进行发电已经有较为成熟的技术,只要将数据中心产生的废热传输到热力发电厂,就能利用废热进行发电,然后生产的电力还可以供数据中心使用,这样不仅可以降低数据中心排放废热对环境造成的污染,还可以节约电能,降低数据中心的运营成本。
  水消耗
  数据中心内除了饮用水,还需要生产用水,即数据中心运转所需要的水。数据中心主要将水用于制冷,在数据中心制冷系统中会用到大量的水,热水会从数据中心的制冷塔中蒸发并且必须进行得更好。蒸发和放空损失是用于冷却数据中心常见的方法,电子设备排出的热空气是通过空气/液体热交换器的副产品,液体冷却剂通过热交换器冷却数据中心的空气。而使用水蒸发换热器进行冷却则是摈弃采用液体冷却剂冷却的另一种形式。除了通过蒸发失掉水分以外,数据中心使用冷却塔在放空中也会失去水分。而冷却系统和冷却塔的液体如果有积累的沉积物,没有被清除的话,其冷却效率会受到影响。还有数据中心会定期对冷却系统进行清洗,这也会消耗一定数量的水,所以数据中心的水消耗也是非常大的。为了提升水的利用率,数据中心可以在空调机组上使用节能模式,或者使用循环水,水可以循环利用,通过这些方式来减少水的消耗。
  电子垃圾
  数据中心的电子设备一般使用周期是五年,五年后很多老旧设备都面临淘汰,很多设备都是内部构造复杂的专业设备,很难进行电子拆解,往往只能直接报废,产生大量的电子垃圾,这些电子垃圾如果不能及时消解,这些设备中包含许多危险的化学物质如铅、溴、铬、汞,可能会渗入地下水或大气中,对环境造成污染。电子垃圾消解的成本往往比较高,一般是政府进行大量补贴,所以很多数据中心宁愿扔掉也不愿进行消解,处理这些电子垃圾要花更多的费用。随着人们对电子垃圾的厌恶,数据中心应该承担起更多、更广泛的社会责任,主动进行电子垃圾消除。
  数据中心已经给人们的生存环境带来了负面影响,引起越来越多人的关注,建设绿色数据中心成为一种必然趋势。全方位去优化数据中心,减少对周围环境的影响,只有绿色、清洁的数据中心才会受到人们的欢迎,那些只顾谋利,不顾周围环境的数据中心必将得到重罚。评价一个数据中心是否绿色,是否符合标准,碳排放、废热、废水、电子垃圾等都是最为重要的评价指标。最大程度减少这些方面的排放,有利于数据中心的长久发展。
  责任编辑:DJ编辑
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近日,由北京电子学会、中国绿色数据中心最核心的“心脏”-电力系统
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数据中心最核心的“心脏”-电力系统
如果不是为测量心率,血压,心电图,你可能想不起来每年做回体检。正如心脏是身体最重要的组成部分一样,电力系统基础设施对于数据中心而言,也是重要的组成部分。最保守的估计是电力系统中所有设备总值占整个数据中心资产价值的50-70%,(其中包含变压器,母线、断路器、线缆,UPS,配电柜,发电机等。) 对于数据中心运营商而言,但凡运营中由于电力相关问题导致的业务意外中断的突发情况,无疑是他们心中最大噩梦。 无论从总体拥有成本还是运营支出角度看,数据中心的“心脏”无疑都是其电力系统。 (备注:EKG与ECG通用,到表示心电图或体表心电图。)表1:数据中心资产分配表2:数据中心运行成本  如果只关注IT服务器管理工具,就像在体检时只检查血糖水平,却不检查心脏一样,忽略了数据中心内最重要的组件。那些放在封闭的房间,看起来陈旧的、颜色的陈旧的、灰色的柜体,默默的在那里运行着,保持数据中心持续运行,发出嗡嗡声响,销售在外面跟客户吹嘘着自己的IDC运转速度都快赶上TLC!这就是为什么需要专门能源电力管理系统(EPMS)成为数据中心重要的组成部分。正如建筑物管理系统(BMS)为冷却和设备机械系统创建的可视化平台,可以更为直观的看到系统运行情况,及时发现状况,同时系统能分析出有价值的电器资产。即使是数据中心基础设施管理(DCIM)也不完全具备EPMS所具备的功能,在设计上存在一些盲点。  (备注:TLC是闪存一种类型,全称为Triple-Level CellTLC芯片技术是MLC和TLC技术的延伸,最早期NAND Flash技术架构是SLC(Single-Level Cell),原理是在1个存储器储存单元(cell)中存放1位元(bit)的资料,直到MLC(Multi-Level Cell)技术接棒后,架构演进为1个存储器储存单元存放2位元。  EPMS :电力能源管理系统软件借助了计算机、通信设备、计量保护装置等,为系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供了基础平台。该电力监控系统可以为企业提供“监控一体化”的整体解决方案,主要包括实时历史数据库AcrSpace、工业自动化组态软件AcrControl、电力自动化软件AcrNetPower、“软”控制策略软件AcrStrategy、通信网关服务器AcrFieldComm、OPC产品、Web门户工具等,可以广泛地应用于企业信息化、DCS系统、PLC系统、SCADA系统。  BMS:建筑设备管理系统,是建筑设备自动化系统BAS、火灾启动报警系统FAS、安防自动化系统SAS的集成。它主要具有各子系统之间的协调、全局信息的管理以及全局事件的应急处理能力)  看看EPMS都在哪些方面对数据中心有益:01电气数据可视化  电气数据一般需要7*24小时在线监测。 看看下面具体例子。  a) 粒数据:来自电能表的数据有助于回答诸如“电路承载多少负载”等操作问题。 如果添加更多的服务器负载,会有风险? 变压器是否超载?“及时访问这些数据可以优化负载,从而使资产得到保护,避免带来的损害。  (备注:粒数据( grain data):基于时效性要求,能完整证明并真实记录某一事件发生或存在的数据颗粒的最小集合,该集合的数据颗粒可以是多源的;该电子数据一旦产生即不可被修改。粒数据的核心是证明某一事件的发生与存在,所以构成它的数据颗粒都需要具有该事件的属性,我称其为粒标签(grain lebal),粒标签是在数据生成时确立的,由数据产生各方依据规范在各自系统中自动生成,也可通过某种技术(如区块链)将各自产生的粒标签统一存储。依据标签实现相同标签的数据关联(包括横向与纵向),实现多源数据完整性整合与应用。)表3 实时电气运行屏幕  A.操作员屏幕:快速浏览设备状态信息以查看关键电源设备,如变压器,UPS和断路器等,帮助运营商识别可能会影响正常运营的故障。  B.及时的电气报警:通过设置适当的报警阈值来识别电路过载;意外的断路器跳闸;从而帮助数据中心操作人员在轻微问题升级到危机之前进行有效干预。 EPMS带来更快的报警性能和准确的时间节点,这两者都有助于确定响应报警条件的有效性。  C. 与维护相关的电气数据:分析电路负载历史能够制定确切的运营维护计划。 例如,中断负荷分析以及后续运行分析表明,断路器的维护周期要比既定周期要短。相反,推迟定期维护也可能同样是有必要的,因为有时候现有电气设备负载较轻或者低于预期。这种有针对性的维护计划可以在大型数据中心推广,从而节省一定的运营成本。02改善电气安全流程  在对数据中心运行、维护关键电源设备时需要注意安全。 在设备操作现场访问设备数据时,操作人员操作时需符合NFPA 70E标准要求的电弧闪光安全标准等规范和标准。 通过屏幕显示的设备运行状态,可以降低由于人为疏忽导致的问题带来的灾难性的伤害。毕竟,人为错误仍然是数据中心业务中断的主要原因(见图5)。  电气断路器和开关柜通过软件提供的“虚拟”标签,可以帮助运营人员及时发现设备哪里出现问题。此外,软件的安全功能确保只有与电气设备相关的运维人员才可以访问软件。03根本原因分析和事件取证  由于全球气候升温,电网受到前所未有的压力,所以停电并不常见。当面对如此系统如此复杂的数据中心时,难免会出错。要明确发生什么,更重要的是,要确认级联事件的序列,以此确保事件不再发生。还有就是额外功率电力管理系统功能十分便捷,特别是处理事后危机。 以下是EPMS捕获事件数据的三方面经验是非常宝贵:0  A.电气报警:跟踪电压波动,例如:电压下降或升高;断路器跳闸,这种故障都是由于误操作导致。无论是改善内部业务还是与市政部门协商电力质量合同,都须先确认是否真有必要去做此事。  B.准确度高的事件顺序报告:在电气高速运转的世界,接近秒或分钟是远远不够的, 精确到1到10毫秒分辨率是有必要的,以防止业务意外中断:继电器接错,断路器故障等。  C.电能质量波形分析:目前电气系统的不足之处在于,能效的可靠性主要是通过UPS,转换开关作为保障,这要做的后果是实际上会降低电源质量。 随着停电的成本持续上涨,采用EPMS可以通过波形分析工具来帮助分析电气故障,谐波以及其他电气干扰等。 通过干扰方向检测工具可以快速隔离干扰,为事故发生后处理节省宝贵时间。表4 电力波形分析表来源:机房360
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