認證的電能質量監測和消防強化

序言

數字數據量持續快速穩定增長。尤其是由加密貨幣引起的，如B特B(XBT)、以太幣(ETH)、萊特幣(LTC)等，或者，例如，由區塊鏈進程，一個工作在各種網絡服務器上的準類型數據庫。 數據交換需求的增加也增加了對全球大規模規劃、建設和維護的數據中心的需求。 然而，電力領域的數據中心面臨著復雜的挑戰，可能影響(法律上的)安全運營。

基本要求

在規劃數據中心的能源供應時，必須考慮到許多要求：

-- 在能源供應和環境條件方面的安全位置

-- 高能效，以最小化運營成本

-- 通過使用冗余，例如，最大限度地提供(即時插入1-4級。 UPS，發電機

-- 高度安全（防火、出入、防御網絡攻擊）

-- 所用運行資源的系統穩定性和可靠性

-- 可擴展性

問題描述

各種研究表明，電能質量問題每年要花費數十億美元。 早在2007年，“2007年泛歐LPQI電力質量調查”的研究表明，損失達1570億歐元/年。 在此過程中，對所有人的挑戰繼續增加。 尤其是數據中心。 原因如下：

（1）電源干擾電平

-- 非線性負載(LED照明、計算機、充電設備、變頻器等)的強勁增長。) 產生諧波

-- 增加分散的饋入(例如 風電，光伏系統)，導致電壓維護不穩定

插圖：Jan Meyer博士，TU Dresden，關于網格污染非線性消費者和分散饋電的網格質量監測的必要性。

（2）干擾電平的影響：

-- 較新的設備（如服務器、控制器、電梯、火災報警系統等）對噪音水平更敏感，可能會發生故障。

-- 整個部件可以被銷毀

-- 生命周期減少

-- 業務中斷要花很多錢

-- 系統故障時的復雜性，因為原因通常無法識別

-- 使用的測量設備不能充分檢測故障

-- 沒有數據記錄，由于表計的供電和通信也受到干擾

-- 最終，根本原因分析需要昂貴且有經驗的專業人員。

解決辦法

正如開頭所描述的，電力質量問題可能會導致中斷和停電，這總是與努力和成本有關。 特別是在數據中心部分，在那里，通過許多投資密集的冗余實際上可以避免故障和可能的損害(例如 UPS，發電機，多饋電)，干擾水平是一個不可忽視的風險。

理想情況下，所有使用的設備都符合有關電源反饋和免受干擾的標準，因此無故障操作是可能的。 然而，在不利的條件下，例如由于許多相同類型的負載、不對稱的電源負載等，可能會發生顯著的水平超過。 為了能夠評估和限制風險，長久的電能質量監測是必不可少的。 根據數據中心的結構和范圍，在能源供應的不同地點進行監測是有意義的：

-- 在電網運營商的饋入點，所謂的耦合點(PCC)。

-- 在所有保護區內

-- 在應急電力系統的進給點

圖：記錄和評估電能質量測量數據的原理

-- 除了上述評價外，記錄的電能質量數據還允許在存在或出現的問題導致損害之前的早期階段發現它們。對于合格評定，記錄的統計數據與規范的極限值進行比較。數據中心包括:

-- EN50160(公共低壓、MV、高壓供電網絡的電壓特性)，通常作為與能源供應商簽訂合同的基礎。

-- IEC61000-2-4（工業裝置的兼容性水平)，特別是第1類(受保護用品）

上述標準為網絡在觀測點的正常運行提供了指導。這并不包括那些可能導致暫時限制能源供應的例外情況。雖然這些故障，如電壓下降或故障，必須記錄下來，但它們的數量并不限于達到標準的目的。 USV或網絡替換系統的任務是克服這種供應限制。但是，這種橋接僅限于重要的資源，因此其他組件可能會遇到功能限制。因此，必須根據IEC61000-4-30的規定，及時向業務人員通報事件的發生情況。 例如，這是通過向專家發送自動電子郵件的方式完成的。 對于電能質量數據的交換，使用標準化的格式是有意義的，例如根據IEEE1159.3的電能質量數據交換格式。 因此，電能質量數據分析軟件的選擇不限于專有制造商系統。

作為消防保護的RCM

為了避免不受控制的運行中斷，數據中心不使用帶有直接跳閘(RCD)的剩余電流監測裝置。 相反，必須長久監測剩余電流。 RCM（剩余電流監測）用于這一目的，這不僅是基本的個人保護，而且也是設備和消防保護。 此外，故障電流的變化允許在早期階段檢測到絕緣惡化，并且可以及時啟動措施。 在TN-S系統中發生的錯誤(例如。 不允許或額外的PE-N連接)也可以早期檢測，從而糾正。

圖：具有警告和報警閾值的長久剩余電流監測

通過計量溯源正確計量數據

一句老鎖匠的話說：“Centimetre is a watchmaker’s measure”。 換句話說，“If you measure, you measure crap。”這樣，技術人員和經濟學家就知道這個眾所周知但卻是真實的短語，并注意相應的測量方法。 雖然對電能質量裝置的要求在測量方法(IEC61000-4-30)、設備特性(IEC62586-1)和符合標準的測試(IEC62586-2)方面得到了精確的定義，但制造商之間仍然存在差異。 特別是，提供者經常不能證明為什么他們的分析儀器符合規范，即正確地度量。 只有通過一個獨立的認證機構才能證明一個真正正確的測量，好的情況是由一個計量學院。 未經認證的測試機構，甚至制造商的自我申報，都不能取代計量證書，因此也應加以批判性看待。 特別是涉及到敏感領域，例如數據中心，這些領域的成本和風險都很高。

計量認證電能質量監測的好處

專業和在線電能質量監測的主要好處是增加了數據中心的可用性。 在這方面，電能質量本身被定義為供電質量的一個基本組成部分，自然也適用于數據中心以外的許多其他敏感領域(例如 在醫院、敏感的工業工廠、運輸基礎設施，如機場、公共建筑綜合體，如購物中心等)。 其好處在于通過觀察變化和發現相關性來分析記錄的長期信息。 在這方面發揮作用的不僅僅是遵守合同饋入準則。 還可以從以下過程中獲得額外的和相關的知識：

-- 正常運行與UPS或應急電源運行的比較

-- 諧波及其對設備的影響評價

-- 較長時間內電能質量變化的評估

-- 安裝變更后電能質量發生變化

-- 開關設備后電能質量的變化

-- 根據持續時間和剩余電壓(ITIC曲線)評估電壓事件及其對設備使用壽命的影響

另一個具體的好處是基于一個長久的區域協調機制。 如果對剩余電流進行正確執行和長久監測，則可以省略對絕緣強度的定期重復測試和手動測試。 這意味著在測試期間沒有必要關閉系統（增加可用性）。 巨大的測試工作與相關的時間和人員成本被消除。

結論

包括RCM在內的電能質量計量認證監測的正確見解，可以帶來可持續的投資保護、運營成本降低、數據可用性最大化，并最終滿足所有相關利益方的重要需求。這包括客戶、員工、能源供應商、運營商、投資者、服務人員、政客、協會等。最后，它還有助于減少二氧化碳排放，使數據中心能夠更高效、更安全地運作。

將互聯網脫碳作為一種前景

如果你看看全球數據量的發展，你會發現對規劃者和運營商的挑戰將變得更大。 僅在中國，現有超過50萬個數據中心將在2023年擴大到100萬個（每年增加21%）。除了電能質量問題外，還將更具體地提出如何根據電源使用效率(PUE)調節日益增長的能源需求的問題，因為能源基礎設施以及所需的建筑空間是有限的。 據美國科學家Jonathan Koo-mey說，數據中心已經占全球用電量的1.1-1.5%。 僅在法蘭克福市，數據中心就已占總用電量的20%以上

“服務器性能與電力”-在這里可以對PUE做出什么具體貢獻？

為此，建議監測每個數據量所使用的能量，并根據系統的操作點進行調整，并將其直接轉移到供應和數據交換客戶端的計費模型中。使用每個數據單位的實際能源需求的準真實數據賬單。通過這種方式，一個真正的“數據消費模型”將定義能源價格，并可能提高數據供應商和用戶的意識。由于實際產生的能源成本，數據可以更節約地使用。

從技術上講，綜合能源監測可用于這一目的，其基礎是一個可理解的參考模型（計量標準的定義），該模型反過來監測單個服務器、機架或類似的數據設備，并測量操作點每個數據量使用的實際能量，從而提供有效的計費。 此外，應當考慮的是，對數據中心或其他敏感地區的電力供應的網絡犯罪攻擊是否不能通過對電力質量進行合格和長期的監測加以防止。 這實際上是對現有監測設施的一種冗余，這些設施今天已經通過軟件解決方案建立，但受到巨大的影響。 其目的是查明電能質量的變化是否可以與對服務器和數據中心基礎設施的網絡攻擊聯系起來，從而在早期防止攻擊。 在這兩種情況下，服務器功率與電能(PUE)以及通過電能質量分析防止網絡攻擊的附加保護，參考文獻（測量標準的定義）將是決定性的。