数据中心综合能效管理解决方案安科瑞李亚俊.docx

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1、摘 要：信息社会对数据的需求越来也大，数据中心已经成为*重要的基础设置之 一，而随着国家双碳政策的逐步推进，数据中心这种能耗密度非常高的建筑也成 为减碳行动的首要对象，甚至和传统的高能耗行业并列，不少地区也对新建数据 中心能源利用效率（PUE）提出了高要求。原有老旧数据中心的机电系统已落后， 需进行能效诊断和升级改造提高PUEo通过能效管理系统研究数据中心能耗构 成，进行能效诊断，并针对性地提出节能改造主要措施，为数据中心绿色高效运 行提供节能降耗优化思路，提高了数据中心的能源利用效率。关键词：数据中心；能效诊断；电能治理；节能改造1综述数据中心能效诊断是通过对数据中心总体用能分析、IT设备用

2、能、制冷系统和 配电系统耗能及能效对标。制冷系统主要的能效评估指标是制冷负载系数CLF, 是数据中心制冷设备耗电与IT设备耗电的比值，而供电负载系数PLF是数据中 心供配电设备耗电与IT设备耗电的比值，而数据中心PUE值也与这两个系数密 切相关。如图1所示：股票代码：300286. SZ口 Acre/李亚俊国内销售经理安科瑞电气股份有限公司地址：上海市嘉定区育绿路253号手机号码：18721098757 传真：021-69155906电子邮箱：2881068607 邮编：201801分布式光伏E3ElUPS系统E，柴油发电机E2电源切换系统低压配电系统, UPS系统E6制冷设备E7照明设备E8

3、办公设备制冷负载系数:CLF=(E5+E6)E4供电负载系数：PLF=(El+E2+E3-E4-E5 电能利用效率:PUE =(E1+E2+E3-E8)E图1数据中心CLF、PLF和PUE的关系在数据中心只有IT设备的耗电(图1中的E4)被认为是“有意义”的电能。所以 除了 IT设备外，其它设备消耗的电能占比越低，那么数据中心的PiJE值表现就 越优秀。Acrel-8000数据中心能效管理系统主要从以上几个数据来诊断数据中 心的能效并给出针对性的改造方案。2能效诊断某数据中心建成较早，机房建筑面积约L 5万后，地上两层，一层设置为变配电 室、蓄电池室、冷水机组室、运营商机房等电力和网络基础设施

4、，见图2。二层 主要设置12间机房，总共可部署约3000组机柜，已部署1500组。供电系统设 置两台IIOkV主变，2个IOkv开闭所，4个10/0. 4kV低压变配电室，8台低压 变压器，总供电容量2万KVA,低压配电室配备有UPS设备以保障供电，末端共 70面安科瑞ANDPF精密配电柜为IT设备提供主备电源。图2数据中心一层平面图ACre8000数据中心能效管理系统对数据中心从Ilokv变电站到末端 精密配电柜实现了全覆盖的能源管理、设备监测和能耗分析，见图3。主要功能 包括：电力监控：监控IlOkV变电站、2个IOkV开闭所，4个100.4kV 低压变配电室配电系统运行情况，实现遥测、遥

5、信、越限报警、故障分析、电能 质量分析、运行报表等功能；设备监控：监测柴油发电机、变压器、UPS、蓄电池组、精密配电柜、精密空 调的状态以及运行参数，并提供异常预警、运行报表等功能；能耗诊断：统计数据中心总能耗、IT设备能耗、制冷系统能耗、供 电系统能耗、照明及办公能耗等分项用能，并计算CLF/PLF/PUE等能耗指标； 环境监测：监测数据中心温湿度、水浸、电池室氢气浓度等数据并提 供越限告警；运维管理：进行发布工单、巡检计划、工单跟踪管理等，协助维护人 员高效运维。*MRTOWUIAmiMMM 1 XlwIMAMMMaBPXOVIAAMMMaMBSXOWIHBB4 XXWWARMMMib X

6、KWlMARweMMaM XlWlMAMMMfeBrTawuIAR%MMMBXooIAK-9JOMiMAm mw2G3UBAMLteMMO11供电：AA4Ut76mAARMAABMBnXKMrUBARl.*BB 1S*: 50f in in*jUbvx*WfAHMiWtUMArOOKWU0)SA: OOKVMIMWA I OOOSMlAMMZKIBte0QWUhVMB 00kVfV)4MBB 1 OCOSXnmMAMMWBaBirmr9*: :0 OkWJUbAMOOtWfMaBC 10CO62C3VWAABHBteRMb*. OOicwajUUb* OOiMaeibMB IOCOBrnn*M

7、mBAaMBt9XnmHARAAMOBt?图3 Acrel-8000数据中心能效管理系统高压配电系统和精密配电柜监测2.1 能效分析系统调试完毕经过一年时间运行后，系统发现数据中心能源利用效率比较低。经 过系统数据显示，全年IT设备用能占比51乐制冷系统（冷冻水机组、空调末端、 新风等）用能占比36%,供电系统（变压器、UPS、发电机、开关）10羯 照明及办 公等占比约3机PUE值约为L 96；CLF 约为 0.71；PLF 约为 0. 2；由于数据中心机电设备老旧，缺乏有效的节能管理控制措施，能效利用效率较低, 落后于新建数据中心。2.2 空调系统数据中心大楼采用集中空调系统供冷，主要设备有

8、冷水机组、冷却塔、冷冻泵、 冷却泵。通过系统可以发现空调系统水冷式制冷主机全年不间断运行，定频制冷 主机负荷率在80%-90%时，变频制冷主机负荷率在60%-70%时主机运行时综合能 效*高。但系统运行操控过程中，两种主机大部分时间均未运行在较高效率区间， 夏季、春秋、冬季工况时，系统冷冻水出水温度保持恒定5,未根据实际环境 负荷的变化而调整系统出力，也未充分利用冬季自然冷源。2.3 变配电系统数据中心现有8台变压器，分别来自2个IokV开闭所，变配电系统采用双路互 备模式接入，UPS系统为5个数据机房服务器供电，通过系统发现变压器低压侧 测量发现谐波较为严重，现场未安装谐波治理装置。UPS系

9、统大量蓄电池组单体 电池性能不一致，内阻过大导致整组电池充放电发热，损耗增加，存在安全隐患。2.4 照明系统数据中心照明系统采用节能灯和筒灯，公共区域及数据中心区域采用手动控制， 大楼照明光源主要采用普通荧光灯和筒灯等，灯具规格品种较多，部分区域照度 不满足规范规定的照度要求，控制方式也比较落后。3节能改造措施3.1 充分利用自然冷源当室外湿球（或者干球温度）低于室内空调设计温度并达到一定数值时，用流经 冷却塔的冷冻水或冷却水直接或间接为空调系统提供冷量，来消除室内冷负荷， 这样就是利用自然冷源。3.2 空调机组高效控制完善机房内设备的参数监测和控制，监测主机负荷率、冷冻冷却出回水温度压力、

10、室外湿球温度等参数，为中央空调系统提供全系统优化运行平台。自动调节制冷 主机运行在高效率区间，实时根据负荷变化情况，调整出水温度，预计将使冷水 机组能效提高约8%o3.3 电能质量治理由于数据中心主要负载均为设备，供电使用较多的UPS、制冷系统使用较多 变频设备，其在工作过程中会对低压电网侧造成谐波反馈，严重影响配电系统电 能质量，变压器低压侧谐波畸变率达到50队远远超出国家标准。这也会导致电 缆发热，增加电能损耗，影响开关电源使用寿命，降低设备使用性能。在每台变压器下加装500A有源谐波治理系统装置进行集中治理，型号为AnSin-500-M I型，自动跟踪补偿负载产生的谐波电流，大大降低谐波

11、畸变和中 性线电流,保证供电系统安全可靠运行，同时也降低了系统损耗，见图4。图4集中治理装置在对一些谐波比较严重的回路进行就地补偿，比如选取该中心UPS出线端对前后 波形数据进行对比，通过装设ArISin-300-B I型有源滤波治理系统后，电压畸 变率从6. 32%降值2. 05%,电流畸变率从28. 94%降值5. 67%,提升了电网波形质 量，见图5o图5壁挂式治理装置3.4 UPS蓄电池监控系统UPS供电系统是满足数据中心供电可靠性的核心部分，而蓄电池又是整个系统中 *重要的组成之一，是整个供电系统的“*后一道屏障”。当组串中的一只电池因 过充、过放等原因造成电池性能下降，电池内阻增大

12、，会导致电池出现发热、鼓 包等现象，将造成供电系统安全性的整体下降，同时增加蓄电池充放电的损耗。 系统在电池室增加氢气浓度监测传感器，当氢气浓度超标时可启动排风系统，同 时增加蓄电池监控系统，监测蓄电池的电压、内阻与内部温度功能，数据接入 ACrC8000数据中心能效管理系统，通过对蓄电池系统科学的运维管理，监测 维护，及时发现故障隐患，从而客观上延长蓄电池的使用寿命，保障供电安全， 降低总体拥有成本，见图6。HMI触摸屏RS485RJ45 HTCP/IPABAT-M采集器网关ABAT-S 单节电池 监测模块ABAT-C 单组电池 监测模块通磔（环形接法）图6蓄电池在线监控示意图3.5 智能照

13、明控制系统对数据中心机房选用高光效的LED光源灯管替换原有节能灯和筒灯，增加智能照明控制系统。在走廊、电梯前室、洗手间等公共照明区域安装红外人体感应传感器，通过智能照明控制器进行控制，做到人来灯亮、人走灯灭，同时在值班室的ACrel-8000系统主机上也可以集成整个数据中心照明的集中控制和状态监视, 节约照明用电，见图7。图7智能照明控制系统示意图数据中心楼顶具有较大的光伏组件安装面积，通过增加光伏太阳能组件及逆变 器，采用自发自用、余电上网模式并入低压电网，为数据中心提供清洁能源供电, 降低数据中心碳排放。光伏组件吸收太阳能转化电能的同时也将反射、折射太阳 热量，在屋顶形成一个遮蔽结构，*大

14、限度避免数据中心因阳光直射造成热量聚 集，有效降低建筑物夏季空调能耗，进而减少数据中心空调能耗，预计光伏系统 每年发电量40万kWh。3. 7其它应用安科瑞针对数据中心的能效产品除了能效管理系统和上述电能质量治理装置、蓄 电池监测、智能照明控制和分布式光伏外，还包括高低压配电综合保护和监测产 品、电能质量在线监测装置（A类）、智能小母线系统、精密配电柜、电气消防类 解决方案等。名密E片芟号功能Jfi用U商王保JBLSAMe、皿 5SE目买买IlOkV至10kl施的课产、测量E 自动控制功能IlOkW 10kVEic8= !*i 三三上葭StIApVirrfooI实归竺浏空玉优差、苏玄湾差 王不平堂、电壬没动和闪交、1S 记录各类皇徒支盒事件，记录 事件发生黄彦的浪形，舞给吊尸分析电 经次套次生的烹因.定性扰勃源商号玉进找回踪网络电力仅表！BAPX500具得金电盘上盆 i湿运至五、电玉会 珞五统计、追笠统计，开关款籍人增W, 凄方鱼崎入崎匕三妾弓于高营正皂健纹浏制 至笠詈建智健小母段坦测系统.HB100.AMB200三;EiiE婚、至受绪宅王、卓索、电鸵、 毡接女漫童、母推遑发等.分为会第三 室非接卷测温