摘要：2022年11月1日，國家標準《數據中心能效限定值及能效等級》在全國范圍內強制實施。國家對數據中心能耗總量和能耗強度考核指標越來越嚴格，新建數據中心PUE指標要求提升至1.3以內。數據中心節能降耗壓力迫在眉睫，供配電系統作為數據中心的動力心臟，如何實現供配電系統穩定、可靠、安全、經濟、節能、低碳成為數據中心領域關注點。

關鍵詞：數據中心、數據中心能耗、數據中心節能、PUE

1、供配電系統是數據中心的“心臟”

供配電系統是數據中心正常運行的基礎，需要把“能量”輸送到數據中心的每個角落，包括空調、網絡設備、服務器、控制設備、加濕系統、照明等，供配電設備的傳輸損耗也是能耗中的一部分。我們知道，電費是數據中心運營的主要成本，占到數據中心總運營成本一半以上，因此有效的電力節能是綠色數據中心的關鍵所在。如何更大限度應用綠色可再生能源是數據中心“減壓”的重要方式。

2、綠色電力助力數據中心節能減排

“雙碳”政策以來，各地鼓勵引導數據中心應用可再生能源及清潔能源，從供電側實現綠色低碳，其中“綠電”可以通過自建自用、直采綠電或者購買綠證的方式獲得。

2021年9月，我國啟動全國綠色電力交易試點，多家數據中心企業，如萬國數據、秦準數據、騰訊，均參與并完成了較大體量的綠電市場交易采購；同時，數據中心企業也可以自投電站，主要分為分布式電站與集中式電站。例如，在數據中心屋頂安裝分布式光伏電站，滿足機房照明用電等需求，作為峰值電力補充的手段。目前已有企業試行，萬國上海三號數據中心設計規劃了太陽能墻，騰訊清遠清新云計算數據中心在廠房屋頂安裝光伏組件。除此之外，未來數據中心企業也可以投資大型風電、集中式光伏項目，把光伏或風電作為主要電力來源，自發自用，余電上網。

數據中心作為高耗電行業，不管應用什么電，能耗是不變的，數據中心企業應該在保證數據中心應用清潔能源的同時，考慮多種能源協同組合，提高供能系統的能效是關鍵。從目前的情況來看，數據中心節能新技術應用層出不窮，供配電系統模塊化趨勢明顯。

3、模塊化供配電系統成為趨勢

數據顯示，供配電系統是占數據中心總能耗約10%，其中UPS供電系統約占總功耗的5%，UPS輸人供電系統約占總功耗的1%，UPS供電設備節能尤為重要。

UPS可以分為工頻塔式、高頻塔式、高頻模塊化等形式。從技術發展路徑來看，高頻技術在效率、成本、諧波、占地等各方面均優于工頻，高頻技術全面取代工頻技術成為趨勢。

在高頻技術之下，模塊化和傳統塔式兩種形式不相上下。模塊化UPS在運維、安裝維護、后期擴容方面具有優勢，被許多數據中心服務商和行業用戶廣泛應用。業內也有不同的聲音，認為多個模塊并機存在風險，可靠性值得考慮。從傳統塔式與模塊化的可靠性對比來看，兩者旗鼓相當，模塊化甚至更優。從近年新上市的UPS來看，大部分都采用了模塊化架構，可見，模塊化UPS是交流UPS的發展方向。

除了供電系統節能，配電系統節能也不容易忽視。供電系統模塊化趨勢需要和配電系統融合，比如：微模塊UPS、變壓器UPS融合、智能配電母線等等，使供配電系統成為一個整體，實現數據中心配電系統按需運行，智能運維、靈活部署；有利于加大限度降低配電系統電纜傳輸損耗，降低運維成本，滿足不同級別數據中心機房需求。

過去10年，供配電系統創新的焦點是電源形式，除UPS之外，還出現了供電框架的創新，由于HVDC簡化交流UPS變換環節，無需逆變器，串聯部件少，理論故障點減少，效率提高。

4、高壓直流（HVDC）被服務商及用戶認可

供電系統架構影響數據中心供電系統能效水平，當前大型數據中心供配電架構常見有三種：2N系統、一路市電直供+一路UPS/HVDC和DR(N=3)系統。以上三種供配電架構的供電效率分別為93.1%、97%和94.1%。供電框架逐漸由傳統的2N系統向能效更高的系統框架轉變。

2N系統因其運維簡單，可靠性高，被行業廣泛采用，是數據中心供配電主流解決方案。一路市電直供十一路UPS/HVDC的供配電架構供電能效更高，近年逐漸被市場接受。 按照功能組成，供配電系統主要由10kV配電、柴油發電機組、變壓器、低壓配電、UPS電源及其配電、電池、列頭柜等部分組成，其基本原理如下圖所示。

5、高壓直流會代傳統UPS供電嗎

上面我們講了HVDC在數據中心應用優勢明顯，那它能取代UPS嗎？答案是“不能”。 首先，從供電結構上來看，直流傳輸的損耗較大，因此傳輸范圍有限，在遠距離的供電環境，直流不可能取代交流。其次，一路HVDC+一路市電直供不屬于容錯架構，在HVDC檢修時候，市電直供側沒有電池備電，市電閃斷導致服務巖機事件已經多次發生，所以一部分用戶已經放棄一路HVDC+一路市電的架構，重新回到2N的容錯系統。隨著主流UPS廠商在研發的不斷投入，UPS的效率在不斷提升，價格不斷下降，HVDC在效率、成本方面優勢在減弱，此外有些服務器并不兼容HVDC電源制式，也影響了HVDC的應用擴展。UPS、HVDC等電源的創新只是部件層面的，對供電鏈路影響有限，未來一定是供電鏈路端到端的創新，隨著第三代半導體技術的成熟，碳化硅器件已經在中低壓配電網開始了應用，10kV級的電力電子電源成為可能，銅質變壓器被電力電子變壓器取代，供電鏈路更節能。

供配電系統作為數據中心正常運行的電力保障，任何細微的故障都會影響數據中心的穩定運營。隨著技術的發展，數據中心供配電系統節能方式層出不窮，哪些節能方式將成為主流呢？需要時間檢驗。

6、安科瑞數據中心綜合解決方案

6.1 AcrelEMS-IDC綜合能效管理系統

整體概況

展示當前數據中心總能耗，IT能耗，空調能耗，及其他能耗并且計算出當前數據中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。

配電監測

可選擇查看數據中心的中低壓配電系統主接線圖，并在一次圖顯示配電系統當前遙測、遙信數據和狀態。

電氣節點溫度監測

無線測溫傳感器主要用于監測斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接處溫度，便于提前發現溫度異常導致的事故。

變壓器監測

監測各變壓器各項參數，包括負載率、頻率、功率因數、三相不平衡度等，并且顯示歷時曲線圖，數據實時變化。幫助用戶直觀監測各變壓器運行狀態。

電能質量監測

可以監測特定回路電流、電壓2~31次諧波畸變率和總諧波畸變率，通過曲線方式顯示。

UPS監測

系統采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數頻率，同時監測UPS溫度、蓄電池電壓、當前負載下的剩余時間等數據。

電池監測

數據中心UPS儲能用的蓄電池比較多，展示每塊電池電壓、內阻、內阻變化率和電池溫度，預測電池帶載時剩余時間，每個數據均可以設置異常報警，及時發現蓄電池異常。

列頭柜監測

系統可以展示列頭柜內進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關狀態，并可以對數據進行報警設置和分級，數據取自列頭柜測量模塊。

母線槽監測

數據中心由于列頭配電柜數量多，占用空間較大，為了節省面積，智能小母線方案由于不占用機房面積受到很多數據中心的青睞，被越來越多的應用。

能源分布

通過平面圖顯示數據中心能源分布，平面圖顯示數據中心設備分布情況，并顯示設備能耗數據，通過點擊平面圖上設備可以進入具體設備監控界面。

能效監測

能效看板實時顯示當前數據中心PUE值以及歷史PUE曲線。

并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監測各變壓器運行及負載情況，給出本月變壓器輸出電能排行。

電能報表及分析

顯示電能消耗日/月/年報表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進行展示。對數據中心用電數據進行同比、環比分析比較，查看用電趨勢。

空調監測

系統可監測空調的回風溫濕度，出回水溫度，并可以設定空調的溫濕度，達到更好的控制效果。

環境監測

監測數據中心溫濕度、開關門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態等參數。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數據查詢。

事件報警

報警事件分為四級：預警、一般、重要和緊急報警，避免漏掉重要報警信息。通過列表顯示各類報警事件數量，通過柱狀圖顯示逐日報警數量，提供報警總數以及增長趨勢。

6.2 選型配置

名稱	圖片	型號	功能
數據中心綜合能效管理系統		AcrelEMS-IDC	監測數據中心配電、能耗、電氣安全、電能質量、空調、環境溫濕度等情況，通過系統平臺集中監控管理
智能網關		ANet-2E8S1	2路網口，8路RS485，上行以太網通訊，支持斷點續傳功能。
始端箱監控模塊		AMB100-A	三相全電參量測量、諧波測量、1路漏電流、8路溫度、1路濕度、RS485通訊
插接箱監控模塊		AMB110-A	三相全電參量測量、諧波測量、1路漏電流、8路溫度、1路濕度、RS485通訊
物聯網電表		ADW300-4G	三相全電參量、電流總諧波及2-31次分諧波，當月和上月的電壓電流、功率極值記錄、需量、4G通訊
電能計量終端		DTSD1352	三相全電參量測量、正反向有功無功電能、紅外通訊
低壓母線測溫裝置		AMB200-LR	實時監測4/8路溫度、紅外通訊預警及報警功能、顯示功能，LORA通訊。
數據采集器		AMB300	二總線通訊、RS485通訊至監控系統或觸摸屏，至多可連接 200臺采集監控模塊。
紅外母線測溫裝置		AMB300	實時在線監測單個大范圍陣列溫度，二總線通訊。
觸摸屏		ATPO10kt	實時采集并顯示母線槽電參量、開關狀態等數據并上傳后臺。可設置報警的聞值以及記錄報警事件。
列頭柜		ANDPF	電源分配列柜。為1T機柜提供網絡布線傳輸服務和配電管理。 分為交流和直流列頭柜兩類.
主路進線監測模塊		AMC100-ZA	用于列頭柜內進線回路的電參量、開關狀態、溫溫度等數據采集。
支路出線監測模塊		AMC100-FAK30	用于列頭柜內出線國路的電參量、開關狀態、溫度等數據采集。
微型電流互感器		AKH-0.66-W	用于列頭柜進出線國路電流采集。

參考文獻:

[1]邵文娜.如何給數據中心“心臟”減壓[J].數據中心建設+，2023：82-83

[2]安科瑞企業微電網設計與應用手冊，2022.05版.

[3]數據中心綜合解決方案.2022.02版.

作者簡介：陳芳芳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為數據中心相關解決方案

總結

以上是生活随笔為你收集整理的安科瑞综合能效管理系统在数据中心配电管理能耗的作用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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