智能PDU助力IDC数据中心碳中和

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智能PDU助力IDC数据中心碳中和产业观察

CAN

让机架配电更灵活

让数据中心更节能

随着移动物联网、云计算、大数据、人工智能等的大力发展，作为信息的重要载体，互联网数据中心（Internet Data Center，简称IDC）迎来一波新的建设浪潮。数据中心数量和规模迅速增长，其能源消耗和运营成本问题日益突出。面对日益增长的能源消耗，绿色数据中心越来越受到人们的关注，各种常见的节能减排和能效提升的技术手段也得到了日益普遍的应用。然而由于能效监控管理的不完善，设备的不够智能化及缺乏联动协同等原因，能效的管理和优化还存在一些盲点，尚处在比较初级的阶段。传统的IDC机房建设模式，机柜内部采用常规的PDU（带电源指示灯和若干数量的IEC或者国标插座，PDU本身不带电流、电压、电量监测功能）。

现智能PDU以数字化、智能化和网络化的设计理念，在原有节能减排的技术手段基础上，对IDC机柜内常规、传统的电源分配单元（PDU）提出高集成度、高精度、高颗粒度的产品设计建议，内置电流监测模块、温度传感器、湿度传感器、其他传感器（例如消防烟雾、门禁、资产定位）等，并采用网络接入技术形成物联网，实现精确到每一个机柜每一台IT设备的电流、功耗数据读取，并了解每一个机柜内部IT设备的运行环境数据数据，形成IDC数据中心能耗监控、环境监控的新技术和新设备，进一步提高IDC数据中心机房能效管理水平，为数据中心的节能减排和能效优化注入了一股新鲜的力量。

一

IDC数据中心节能管理发展现状

对IDC数据中心节能管理需求，主要包括两个方面，能源检测管理功能、环境检测管理功能。

对能耗的节能优化主要依靠对每个机房、每列机柜、每个机柜、每台设备的电力消耗监控，进而实现的精确控制。最直接的节电方式就是发现那些低功耗或闲置或休眠的机柜或IT设备，重新调整规划，重新分配工作任务。及时有效的了解IT设备、PDU输出、机架、分支电路的电源、电流、电压、温度、湿度等基础数据，将有助IDC数据中心的运维管理人员改善数据中心供电的有效性，了解每台IT设备的工作效率，追踪管理那些低功耗或闲置或休眠的IT设备。

能源监测管理

能源监测管理需要在IDC机房内建立用电测量机制，通过加装智能电表等传感装置，对机房中各类设备的用电量进行采集、记录、分析和评价，以便及时、准确及全面了解机房主设备、配套设备等各部分用电情况，评估机房能源利用效率，发现影响能效的主要问题，并在机房节能方案实施后对节能效果进行评估。

能耗测量级别是考查机房能耗测量的深入和细致程度。按照级别由低到高可以分为L1-L3共三个级别，如表1所示。

目前机房传统的能耗测量，通过在机房内每列机柜列头布置电源列头柜，每个机柜内布置传统PDU；在电源列头柜内配置多功能数显表，并配置智能接口，将电源列头柜所有输出分路电压、电流和电度值等数据输出至监控中心能耗监测系统；也即是对电源列头柜内输出分路连接到机柜内的PDU的电压、总电流、总功耗进行测量，实现精确到单个机柜的能耗测量，即目前机房能耗测量可实现L3级别，但无法了解到PDU上每一位插座所连接的一台设备的能耗。

为了进一步提高测量精细度，细化测量粒度，智能PDU进线端集成电流监控模块，采样测量每一位插座的电流、功耗等等，实现精确到机柜内每一台设备的电流、功耗监测。

环境监测管理

IDC机房规模越来越大，消耗的电能、空调冷量也越来越多，对机房内环境的要求更是越来越高。机房环境中的高温、低温或温度快速波动都会影响设备板卡的电子和物理特性，造成运行故障。所以需要实时监测IDC机房内的环境温度、反馈调节并消除机房局部温度过高或过低等问题。

目前机房传统的环境监测，通过在机房内的分布式安装温度传感器、湿度传感器，进行组网并采集数据，通过网络送至监控中心。将机房内的温度、湿度等分布情况反映在监控中心机房2D/3D视图上，从而了解机房IT设备的运行环境，对局部过热、过冷、过湿、过干等区域进行定位处理。

传统的环境监测系统需要在建设阶段，在机房内均匀选取合适的测量点进行传感器安装、电源线和信号线布放，形成组网，工程实施繁琐；传感器内置电池需定期更换，增大了运营维护的工作量；传感器通常布置在机柜热通道或冷通道内，每通道2～3个，即实现通道级别的环境监测。

为了进一步提高测量精细度，细化测量粒度，PDU壳体内集成温度、湿度、其他传感器（例如消防烟雾、门禁、资产定位）等，实时监测每一个机柜内设备的运行环境情况。

二

智能PDU研究及应用现状

近年来，国内外PDU厂家，在产品研发方面，积极开展科技创新。常规的PDU为了满足IDC数据中心的各种应用需求，除了要提供防雷防浪涌、过载保护器等功能以外，昌遂从不同的研究方向为满足不同的市场需求，逐步开发出了具备通讯功能、传感器检测功能、远程管理控制等智能化功能的各种智能PDU产品。

电流监测模块

通过在传统的PDU进线端集成电流监控模块，对PDU总进线电流、每一位分路插座的电流进行监测，对机柜内IT设备的供配电进行实时监测，实现精确到插座级的监测。

昌遂生产并已得到应用的智能PDU产品外观如下：

昌遂轨道交通智能PDU

其中电流监测模块可以根据需要设计成不同的样式，并内置数字显示器，显示电流、电流，对达到电流阈值的电流还可以设置预警功能。

远程管理模块

在集成电流监测模块、网络传输模块后，形成物联网，继而通过TCP/IP模式实现对所有PDU进行管理，开发WEB管理页面，通过局域网或广域网对各机房机柜内IT设备的电源进行监测、控制和管理。

三

智能PDU的主要功能结构

本文拟提出结合目前已有的智能PDU的电流监测模块、温控管理模块、远程管理模块，并进一步提高集成度，在PDU壳体内集成温度传感器、湿度传感器等等，形成物联网进行管理。

电力监测

监测对象：对机柜内PDU每一位插座的供配电进行实时监测。

监测实现：将为机柜内PDU供电的线路与电流监测采集模块相连；实时的监测机柜内每一台IT设备供电的电流、电压等。

温湿度监测

监测对象：对机柜内各分段区域的温度、湿度进行实时监测。

监测实现：将温度传感器、湿度传感器集成在PDU壳体内，按机柜高度分为上中下三个区段，分别安装传感器，传感器支持RS485串口，可以设置地址码，每个传感器上面有液晶屏显示，在多个传感器之间用4芯线串接，再通过有线采集单元的串口连接，系统通过传感器不同的地址码来区别每个位置的传感器；实时显示温度传感器、湿度传感器所在位置的温度、湿度变化情况。

烟雾监测

监测对象：对机柜内的烟雾进行监测。

监测实现：在机柜PDU壳体内布置烟雾传感器，通过有线或无线采集单元形成物联网，当机柜内出现设备起火时，会立即报警；实时监控各区域烟雾报警状态。

门磁监测

监测对像：对机柜门实施开关进出管理。

监测实现：通过加装门磁传感器，将其连接汇总到PDU的数据采集单元的接口上；实现监测机柜门的状态。

WEB管理平台

智能PDU的WEB管理平台主要体现三方面特点：远程管理、远程监测、远程控制。

远程管理：通过TCP/IP模式实现管理，WEB管理页面直观方便，可设置用户密码；通过局域网或广域网可对各机房机柜内多台设备的电源进行监测、控制和管理。

远程监控：实施故障监控、记录、报警；可测量电压、电流、电能、功率；在PDU壳体内置集成电流传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、腐蚀性气体浓度监测传感器、门磁监测等等，并可对电压、电流、温度、湿度超出设定范围本地告警。

远程控制：远程唤醒，网络设备断电后无需去现场按电源按钮，直接通过PDU唤醒重启。

其他智能功能

此外，还可通过内置其他控制电路使得PDU具备其他智能功能。

定时功能：定时开关设备电源，可降低机房内设备的使用率，延长其使用寿命。

延时顺序开机：每路通道支持延时顺序加电，避免设备同加电给电源和设备本身带来冲击。

多功能性：针对TCP/IP协议提供常用网络工具。

可靠性：用户实时控制无需断电重启设备，避免某些设备因断电引起不必要的麻烦。

昌遂PDU智能化功能

智能PDU采用传感器技术、通讯技术、网络技术、控制技术等多种实现技术，可通过WEB浏览器或命令行界面远程控制，开展PDU级和各个插座级的功率计量，以了解每一个机柜内的基础设备和IT设备的电能消耗情况；可以设定基于用户定义的阈值的警报；可以严格密码、身份验证、授权和加密的方式提供安全性；切换设备的所有功能（远程加电/断电功能、插座级的切换和顺序加电），并提供实时环境监测功能；为运维管理人员提供一套完整的在数据中心用电和环境的监控管理解决方案。

四

智能PDU技术展望

智能PDU为数据中心运维管理人员提供了提高运营生产率和电力供应效率所需的控制。方便管理人员可从任何地方通过Web浏览器远程重新启动服务器和IT设备，以提高运行时间和工作效率。精细化管理，智能电源管理解决方案的远程电源解决方案简化了对数据中心的电力资源的访问和控制。使IT管理员和设备管理者能够改善系统运行时间和提高员工工作效率，从而更高效地制定生产规划，以及有效利用能源，以节省电能和成本。智能PDU还能追踪各类环境传感器收集到的数据中心温度、湿度、烟雾、门禁等信息。

目前智能PDU拥有以下六大好处：

PDU安装在IT设备机架上，有效地提高运行时间和员工工作效率，可从世界上任何地方通过Web浏览器远程重新启动服务器和IT设备，以提高运行时间和工作效率。

插座级监控可确定对IT设备的一些简单调整，以在机架之间平衡电力供应需求。使用PDU级监控，可以很容易地设置阈值，由此能够得知何时接近电流限制。同时还使用插座级监视，从而确定需要更换的设备，以保证安全。

调整数据中心时，温度传感和环境配置文件非常重要，可导致违反常规的温度变化。智能PDU可帮助确保正确的空气流动模式，以优化机架级的温度效率。用户可配置插座级延迟，可实现顺序加电，以防止电路在IT设备出现励磁涌流时跳闸。保持电源插座断开或仅在需要时打开，可防止IT设备插入重负载电路或电流断路器有跳闸危险的电路。

通过结合使用插座级电源监控和趋势分析，可分别监控各服务器，一直以峰值功率30%运行的服务器是虚拟化或即将退役的候选服务器。

远程电力循环可节省成本，因为IT管理人员可迅速重新启动挂起或崩溃的服务器和IT设备，而且不会产生站点访问费用。

常见数据中心错误是过度冷却IT设备。过热可缩短IT设备寿命或导致设备故障，但过度冷却不会延长设备寿命，也不会浪费能源。温度和湿度感应器帮助数据中心管理人员优化空调系统和湿润作用设置，提高效率。这些基本节能功能可以在保障机房安全运行的基础上，将节省现有机房30%以上的能耗，同时使机房的管理更加精细化，管理更加集中。

智能PDU的高集成度、高精度、高颗粒度的产品设计建议，将传统PDU与电流、功耗、温度、湿度、烟雾、空气腐蚀性其他浓度、门禁等监测传感器集成在一起，形成智能物联网，并将测量颗粒度从每一列机柜精确到每一个机柜，并能替代数据中心建设过程中机房环境监控系统的建设；通过将监控系统与其他配套系统形成互动，可实现对IT设备的供配电、运行环境的智能追踪、智能控制。随着数据中心建设超大规模、高度集中的发展趋势，未来运维管理面临着巨大的考验，物联网智能PDU能够有效降低设备维护、维修、操作和IT支持的运维成本，提升运营商现有的产品或服务的价值。

五

结束语

IDC机房内每个机柜均配备PDU，若能在PDU上集成温度、湿度传感器、电流计量、插座监测模块，将减少两套子系统建设的工程量，有助于对IDC数据中心形成精确到机柜插座级别的能耗监测和精确到机柜的温湿度环境监控，有助于IDC数据中心的运维管理。

对常规PDU提出高集成度产品设计建议，内置温度、湿度传感器、其他传感器（例如消防烟雾、门禁、资产定位）等，并采用网络接入技术形成物联网，实现数据读取，形成IDC数据中心环境监控、能耗监控的新技术和新设备，以提高IDC数据中心机房能效管理水平，起到节能减排作用。

本文作者-昌遂控股（深圳）有限公司巫桂根