安科(ke)瑞(rui)電氣股份有限公司 201801
引自微信公衆號“数據中心運維管理"2023年3月13日《為什麼智能PDU對(dui)数據中心很重要？》，原文如下：
“作為 IT 買家，您可能希望在選擇合(he)適的(de) PDU 時找到价值。一個基本(ben)的 PDU 能够提供可(ke)靠的配電，而智能(neng) PDU除了提供可靠的配電(dian)還能够提供更多功能，这些功能包括功(gong)率計、環境(jing)监測和远程插座控製等等。
機架安裝配(pei)電盘或機架配電單元(yuan) (PDU) 是一種配備(bei)許多插座(zuo)的設備，可將電力分配給(gei)位於数據中心機架或機(ji)柜内的服務器、存储設備和網絡設備。分析公(gong)司(si) IHS 將它們分為(wei)兩大(da)類：
1) 基本 PDU 提供可靠的配電。
2) 智能 PDU 提(ti)供功能，如電能計量、環境监控(kong)和远程插座控製智能 PDU 可分為以下子類別：
a) 計量入口 PDU——計量入口 PDU 在 PDU 級別計量功率，並在本地和網絡上(shang)顯示数據。計量可(ke)帮助用戶確定為機架供電的電路的用電量和可用容量，从(cong)而更容(rong)易配置設備。通過在入(ru)口級進行計量，用戶可以避免電路過载並轻(qing)松計算電源使(shi)用效率 (PUE) 等效率指(zhi)標。
b) 計量(liang)出口(kou)PDU——與計量入口 PDU 一樣，出口計量PDU可帮助用戶(hu)確定機(ji)架的用電量和可用容量，並促進配置。最主(zhu)要的是使用戶能够了解設備或服務器級的實际功耗，从而可以比较(jiao)效率並將成本分配給特定(ding)的業務部門或客戶。
c) 開關(guan)式 PDU—— 開關 式PDU 具有計量入口 PDU 的(de)功能(neng)，還提供對(dui)單個插座或插座組的受控開/關切换。它們(men)使授權用戶能够按特定順序远程重启設備，提供電源(yuan)排序延迟以减(jian)少浪涌電流，並防止(zhi)未經(jing)授權的設備配置。它們在远程和托管設施部署中至關重要，因為它們允許您(nin)通過重启服務器來快速(su)恢复服務。可以远程關闭不使(shi)用的設備以節(jie)省能源。
d) 带出口計量的開關式PDU——带出口計量的開關式 PDU 將(jiang)開關(guan)式 PDU 的所有功能與出口計量式 PDU 的功能結合在(zai)一起。智能 PDU 的每個子類別(bie)都具有可帮(bang)助数據中心降低運營成本、增加正(zheng)常運行時(shi)間/可用性、改善平均修复(fu)時間 (MTTR)、提高能(neng)源效率和管理現有(you)容量的功能。
為什麼(me)選擇合適的 PDU 很重(zhong)要？
尋找更好的长期价值
由於 IT 購買者正在為较小的预算而苦(ku)苦挣扎，较低的(de)价格往往是一個(ge)決定性因素。由於基(ji)本 PDU 的零售(shou)价较低，因此購(gou)買它們似乎更劃算。其他人可能不相信智能機架 PDU 的功能可以提供额外(wai)的(de)价值，或者他(ta)們的組織没有時間或资源从中受益(yi)。因(yin)此(ci)，許多(duo)購買者選擇基(ji)本型 PDU，盡管(guan)从(cong)长远來看，智能型 PDU 可以提(ti)供更(geng)大的价值和成本節約。
要了解為什麼智能 PDU 是更好的選擇，我(wo)們须首先檢查它們(men)可以解決的常见問題。几乎所有数據中心現在都面臨的主要(yao)挑(tiao)战
数據中心最主要的(de)一個目標是確保業務连(lian)續性。機架 PDU 通過為插入其中的所有設備（服務器(qi)、存(cun)储和網絡設(she)備）提供稳定、可靠和充足的電力來帮(bang)助實現这一點(dian)。但是，也要考虑数據中心(xin)面臨(lin)的其他一些主要挑战。
• 電源容量管理和配置
• 能源管理
• 環境管理
• 物理和網絡安全
• 計算能力需求
• 资產和變更管理
電源容量管理和配置——許多数據中心以混(hun)乱和无計劃的方式增长(zhang)。技術人員經常將新設備插入第(di)一個可用(yong)的插座，而對可用的電容量知(zhi)之甚少。这可能會导致保险丝(si)熔断並导致停(ting)機。據統(tong)計，在2013 年，停機的平(ping)均成本就高達到惊人的(de)每分鐘 7908 美元。
能源管理——許多数據中心支持比需要更多的(de)基(ji)礎設施。一份研究報告发現，平均服(fu)務器仅以(yi)12-18%的容量(liang)運行。因(yin)此(ci)，采用几種實(shi)践可以將電(dian)力消耗减少多達 40%。
環境管理——虽然 IT 設備占能源成本的 50%，但另有(you) 37% 用於冷(leng)卻和循環空氣。数據中心通常會過冷以防止設備(bei)故(gu)障，但將恒温器温度每(mei)升高華氏度，可節(jie)省高達 3% 的当前能源費用。
物理和網絡安全——對機(ji)柜和過道的安全访問控製的需求正(zheng)在上升。2011 年，美(mei)國上市医疗保健公司(si) Health Net, Inc. 報告称，由於其管理的数據(ju)中心的多個服務器驅(qu)動器丢失，导致全國多(duo)達 190 萬人的個人健康記錄(lu)受到损害(hai)。
計算能力需求——盡管(guan)数據中心在不断縮小(xiao)和擴张，但在可预见的未來，一個(ge)不(bu)變的趨勢是對更多計算能力的需求，这種快速(su)擴张將比数(shu)據中心過去經历過的電力需求大得多。
资產和變更管理——對於正在擴展的数據中心，手動跟蹤资產可能很麻烦且成本(ben)很高。一項研(yan)究指出(chu)，库存收集、库存核對、查找错放(fang)资(zi)產、手動存储库更新和更换错放资產(chan)的過程(cheng)每年花費 71.4 萬美元(yuan)和大約 706 個工作日。
解決这些挑战(zhan)需(xu)要一種智能方法
簡而言之(zhi)，数據中心面臨(lin)着巨(ju)大的挑战。需要解決这(zhe)些(xie)挑战，以控製運(yun)營成本並满足新(xin)的業務需求。数據中心將需要優化利用電力、空間、冷卻和(he)人(ren)員。智能 PDU 是可以(yi)解決所(suo)有这些問題的平臺。現在我們將討论(lun)如何為您的数據中心選擇合適的機架(jia) PDU，如何為您的機架提供可靠的電力，以及如何(he)為現在和未來创建一個可靠且環保的数據(ju)中心。"
摘要：数據中心最主要的目標之一是確(que)保業務(wu)连續性。数據中心的供電上从高壓電源(yuan)入(ru)口到末端配電采用了很多高可靠性的設計，比如多路独立高壓市電電源、大(da)容量中壓柴油发電機組，UPS的冗余配置等(deng)等，这往往意味着(zhe)高昂的成(cheng)本，都是為了提(ti)高供配電系統(tong)容错能力。配電柜(也称(cheng)列头柜(gui))或母線槽(cao)承擔(dan)為数據中心服務器、存储和網絡等IT設備提供(gong)稳定可靠的電源的末端(duan)配電環節，其運行稳定性也(ye)尤(you)為重要。在这個環節，几(ji)乎所有的数(shu)據中心都面臨着一些共性的挑战，包括電源容量管理(li)和配置、数據中心能源管理(li)、環境管理、安全管理、計算能力需求(qiu)擴张、资產(chan)和變更(geng)管理等等，本文通(tong)過数據中心末端配電(dian)的数字化解決方案，配合数據中心能效管理系統來探討如何應對这(zhe)些挑战(zhan)。
1 数據中心末(mo)端配電(dian)面臨的挑战
電源(yuan)容量管理和(he)配置：許多数據中(zhong)心(xin)缺乏有計劃的增长擴容，工程師經常將新設備接入看似可(ke)用(yong)的回路，而對回路可用的负荷容(rong)量知之甚少(shao)。这可能會导致回路過负荷保险丝熔断並导致停機並(bing)导致很大的經濟损(sun)失，服務(wu)中断的损失是以秒來計(ji)算的。
能源管理：数據中心最主要(yao)的能(neng)效指標PUE的計算涉及到所有IT設備的(de)耗能，而IT設備(bei)的耗能計量都集中(zhong)在末端配電，所以在末端需要具備能源計量和(he)管理。
環境管理：虽然IT設備耗能占能源成(cheng)本的50%以(yi)上，但另有(you)36%用於冷(leng)卻和循環空氣。数據中心通常會將(jiang)機房温度調到過冷(leng)以防止設備故障，但(dan)將機房温(wen)度升高1摄(she)氏度，最多可節省高(gao)達7%的冷卻耗能成本，所以需要在(zai)温度控製和能耗之間找到(dao)平衡點。
安全管理：不管供配電前端在可靠性上做了(le)多少冗余，如果忽視了末端的配電安全管理都是(shi)无用功，對末端的電源插接(jie)點接触以及温升(sheng)情况也需要關注。
計算能力需求：在可预见的未來，一個(ge)不(bu)變的趨勢是對更多計算能力的需求，这種快速擴张將导致数據中對的電力需求越來越大。
资產(chan)和變更(geng)管理：對於正在擴展的数據中心，手動跟(gen)蹤资產可能很繁琐(suo)且成本很高。研究指出，库存收集、库存核對、查找错放(fang)资(zi)產、手動存储(chu)库更新和更换错放资產的過程每年花費的人力和资金成本巨大(da)。
2 数據中心末(mo)端配電的(de)数字化方案
需要解決这(zhe)些(xie)挑战，提(ti)高業務连續性、控製(zhi)運營成本並满(man)足新的業務发展需求，数據中(zhong)心將需要對末端配電(dian)環節有监測和管理。智能化的配(pei)電柜和智慧小母線系統可以提供解決方案。接下來(lai)將討论如何為数據中心(xin)選擇合適的末端配電数字化解決方案，创建可靠且環保的数據(ju)中心。
2.1 配電柜数字化方案
配電柜是(shi)為数(shu)據中心的IT設備機柜提供電源的末端配電設(she)備(bei)，一般采用雙回(hui)路供電，電源分別來自兩臺(tai)冗余的UPS，分為交流和(he)直流供電，一般放置(zhi)在機柜阵(zhen)列的兩端，也称(cheng)列头柜(gui)，如(ru)圖(tu)1所示。
圖1 ANDPF配電柜
安科瑞配電监控解(jie)決方(fang)案针對配電柜监控数字化要求，方案包括交流（AC220V）、直流（DC-48V/240V/336V）系統。由触摸式液晶顯(xian)示屏、綜合信息處(chu)理主機模块、開關状態采集模块、電流互感器(交流)或霍爾傳感器(直流)采集單元模块等組成。监測兩路主進線和A+B雙面饋線回路電(dian)量參数(shu)、開關(guan)状態、諧(xie)波含量、柜内温湿度等(deng)数據，可(ke)以在(zai)本地触摸屏顯示，同時(shi)可以上傳(chuan)AcrelEMS-IDC数據(ju)中(zhong)心能效管理系統顯示和報警。產品(pin)方案见表1。
表1 安(an)科瑞配電柜数字化方案產品選型(xing)
2.2 母線槽数字化方案
近年來，随(sui)着数據(ju)中心建設的快速发展，智能母線(xian)槽的方案(an)運用越來越多。相比傳統(tong)精密配電柜，数據中心母線槽(cao)架空铺(pu)設，具有安裝檢修方便、不占地、散熱快(kuai)、易增(zeng)容等優勢。母線槽通過始端箱从前端UPS取(qu)電，以母排系統(tong)組成輸電結構，采用即插即用(yong)的方(fang)式，通過插接箱給各個IT機柜内的PDU供電。
圖2 智能母線槽(cao)数據采集方案示(shi)意圖
安科瑞智能母線槽方案在始端箱和插(cha)接箱内(nei)配置AMB100/AMB110监測單元(yuan)，測量(liang)始端箱、插接(jie)箱電壓、電流、頻(pin)率、有功(gong)功率、无功功率、功率因数、有功電能、无功(gong)電(dian)能、諧波畸變、温湿度、漏電電(dian)流等数(shu)據，可以通過有線或无線方式傳輸数據，在(zai)本地触摸屏顯示，同時可以上傳数據中心能效(xiao)管理(li)系統，實現(xian)母線槽的数據展示和异常(chang)预警。
另(ling)外由於母線槽是由銅製母排搭接而成，接头部位可能會由於接触不(bu)良而(er)异常发熱，所以需要對母(mu)線槽接头温度進行實(shi)時监測，安科瑞AMB200母線接头温度监測裝置進行(xing)接(jie)触式測温，AMB300通(tong)過紅外非接触式測温方(fang)式监測母線温度，数據通過(guo)有線或无線方式傳輸(shu)本地触摸屏顯示，同時可以上傳数據中心能效(xiao)管理(li)系統，實現母線槽温度的實時预警，設備選(xuan)型如表2所示。
表2 智能(neng)母(mu)線槽解決方案選型表
3 AcrelEMS-IDC数據中心能效(xiao)管理(li)系統
AcrelEMS-IDC数據中心能(neng)效管理系統搭(da)建基於高、中、低壓配電系統、柴(chai)油发(fa)電機、UPS的實時监控(kong)和末端配電(dian)系統数據采集的電力监控、PUE分析以及動(dong)環监測，帮助数據中心管理者了解数據(ju)中心能源運(yun)行情况，並關注消防和(he)電氣(qi)安全，及時预警异(yi)常情况，保障数據中心稳定可(ke)靠(kao)運行。除了變電(dian)站、柴油发電機和UPS運行监控以外，特別是针對(dui)数據中心的末端(duan)配電環節，系統数據跟蹤到每一(yi)個回路的電氣參数和開關(guan)状態、温湿(shi)度数(shu)據等。
3.1 電源容量管理和配置
系統监測每路饋線(xian)回路(lu)的電流、功率、開關状(zhuang)態和用電量，還可以配置温度(du)、湿度傳感器用於(yu)监測線路接點(dian)温度和柜内湿度，設置參(can)数高低越限(xian)告警，避免回路超负荷運行而导致(zhi)意(yi)外断電。
3.2 能源管理
数據中心最主要(yao)的能(neng)效指標PUE的計算涉及到所有IT設備的(de)耗能，系統从高(gao)壓到末端采集数據中心用電量，並(bing)按照IT設備、製冷系統(冷冻水機組(zu)、空調末端、新(xin)風等)、供(gong)電系統(變壓器、UPS、发電機、開關)、照明及辦公(gong)用能進行分類，計(ji)算数(shu)據中心PUE值、製冷负载系数CLF、供電负载系数PLF等，為数據中心能效(xiao)诊断提供数據支持(chi)。
3.3 環境管理
系統根據数據中心不同温度数據(ju)下計算数據(ju)中心PUE和CLF值的變(bian)化(hua)，來协(xie)助管理(li)者尋找運行温度，在温度控製和能耗(hao)之(zhi)間找到平衡點。同時系統监測数據中心温湿度、浸(jin)水、煙雾等影響数據中心正常運行的因素，並及時提(ti)供预警。
3.4 安全管理
系統监測配電柜或(huo)母線槽系統電氣接(jie)點温度以及漏電電流，並設置温度、漏電越限告警，及時消除系統(tong)隐患。同時针對数據中(zhong)心(xin)大量的UPS蓄電池(chi)内阻(zu)、温度、可燃氣體含量也進(jin)行實時在線监測预警(jing)，保障数據中心運行安全。
3.5 资產和變更管理
系統為数據中心提供設備(bei)管理和(he)運維管理功能，包括設(she)備臺賬、設備保养、工單(dan)管理、巡檢記(ji)錄、缺(que)陷管理、抢(qiang)修記錄等功能，告(gao)別依(yi)靠手工記賬，降(jiang)低人力和時間成本。
4 結束语
随(sui)着對算力的需求增(zeng)长，数據中心也將(jiang)加(jia)速发展。為了保障数(shu)據中心稳定可靠運行(xing)，除了在電源和前端變配電系統(tong)上下(xia)功夫外，数據中心(xin)的末端配電系統数字化管理更為重要(yao)。安科瑞AcrelEMS-IDC数據中心能效管理系統配合安科(ke)瑞(rui)配電柜系統、智能(neng)母線槽系統(tong)為数據中心的末端配電提供负荷监測、能效管理、安全预警和設備運維管理，為数據中心连續稳定運行提供保駕護航。
工矿企業