德国GMC电能质量

认证的电能质量监测和消防强化

序言

数字数据量持续快速稳定增长。尤其是由加密货币引起的，如比特币(XBT)、以太币(ETH)、莱特币(LTC)等，或者，例如，由区块链进程，一个工作在各种网络服务器上的准类型数据库。 数据交换需求的增加也增加了对全球大规模规划、建设和维护的数据中心的需求。 然而，电力领域的数据中心面临着复杂的挑战，可能影响(法律上的)安全运营。

基本要求

在规划数据中心的能源供应时，必须考虑到许多要求：

-- 在能源供应和环境条件方面的安全位置

-- 高能效，以最小化运营成本

-- 通过使用冗余，例如，最大限度地提供(即时插入1-4级。 UPS，发电机

-- 高度安全（防火、出入、防御网络攻击）

-- 所用运行资源的系统稳定性和可靠性

-- 可扩展性

问题描述

各种研究表明，电能质量问题每年要花费数十亿美元。 早在2007年，“2007年泛欧LPQI电力质量调查”的研究表明，损失达1570亿欧元/年。 在此过程中，对所有人的挑战继续增加。 尤其是数据中心。 原因如下：

（1）电源干扰电平

-- 非线性负载(LED照明、计算机、充电设备、变频器等)的强劲增长。) 产生谐波

-- 增加分散的馈入(例如 风电，光伏系统)，导致电压维护不稳定

插图：Jan Meyer博士，TU Dresden，关于网格污染非线性消费者和分散馈电的网格质量监测的必要性。

（2）干扰电平的影响：

-- 较新的设备（如服务器、控制器、电梯、火灾报警系统等）对噪音水平更敏感，可能会发生故障。

-- 整个部件可以被销毁

-- 生命周期减少

-- 业务中断要花很多钱

-- 系统故障时的复杂性，因为原因通常无法识别

-- 使用的测量设备不能充分检测故障

-- 没有数据记录，由于表计的供电和通信也受到干扰

-- 最终，根本原因分析需要昂贵且有经验的专业人员。

解决办法

正如开头所描述的，电力质量问题可能会导致中断和停电，这总是与努力和成本有关。 特别是在数据中心部分，在那里，通过许多投资密集的冗余实际上可以避免故障和可能的损害(例如 UPS，发电机，多馈电)，干扰水平是一个不可忽视的风险。

理想情况下，所有使用的设备都符合有关电源反馈和免受干扰的标准，因此无故障操作是可能的。 然而，在不利的条件下，例如由于许多相同类型的负载、不对称的电源负载等，可能会发生显著的水平超过。 为了能够评估和限制风险，永久的电能质量监测是必不可少的。 根据数据中心的结构和范围，在能源供应的不同地点进行监测是有意义的：

-- 在电网运营商的馈入点，所谓的耦合点(PCC)。

-- 在所有保护区内

-- 在应急电力系统的进给点

图：记录和评估电能质量测量数据的原理

-- 除了上述评价外，记录的电能质量数据还允许在存在或出现的问题导致损害之前的早期阶段发现它们。对于合格评定，记录的统计数据与规范的极限值进行比较。数据中心包括:

-- EN50160(公共低压、MV、高压供电网络的电压特性)，通常作为与能源供应商签订合同的基础。

-- IEC61000-2-4（工业装置的兼容性水平)，特别是第1类(受保护用品）

上述标准为网络在观测点的正常运行提供了指导。这并不包括那些可能导致暂时限制能源供应的例外情况。虽然这些故障，如电压下降或故障，必须记录下来，但它们的数量并不限于达到标准的目的。 USV或网络替换系统的任务是克服这种供应限制。但是，这种桥接仅限于最重要的资源，因此其他组件可能会遇到功能限制。因此，必须根据IEC61000-4-30的规定，及时向业务人员通报事件的发生情况。 例如，这是通过向专家发送自动电子邮件的方式完成的。 对于电能质量数据的交换，使用标准化的格式是有意义的，例如根据IEEE1159.3的电能质量数据交换格式。 因此，电能质量数据分析软件的选择不限于专有制造商系统。

作为消防保护的RCM

为了避免不受控制的运行中断，数据中心不使用带有直接跳闸(RCD)的剩余电流监测装置。 相反，必须永久监测剩余电流。 RCM（剩余电流监测）用于这一目的，这不仅是基本的个人保护，而且也是设备和消防保护。 此外，故障电流的变化允许在早期阶段检测到绝缘恶化，并且可以及时启动措施。 在TN-S系统中发生的错误(例如。 不允许或额外的PE-N连接)也可以早期检测，从而纠正。

图：具有警告和报警阈值的永久剩余电流监测

通过计量溯源正确计量数据

一句老锁匠的话说：“Centimetre is a watchmaker’s measure”。 换句话说，“If you measure, you measure crap。”这样，技术人员和经济学家就知道这个众所周知但却是真实的短语，并注意相应的测量方法。 虽然对电能质量装置的要求在测量方法(IEC61000-4-30)、设备特性(IEC62586-1)和符合标准的测试(IEC62586-2)方面得到了精确的定义，但制造商之间仍然存在差异。 特别是，提供者经常不能证明为什么他们的分析仪器符合规范，即正确地度量。 只有通过一个独立的认证机构才能证明一个真正正确的测量，最好的情况是由一个计量学院。 未经认证的测试机构，甚至制造商的自我申报，都不能取代计量证书，因此也应加以批判性看待。 特别是涉及到敏感领域，例如数据中心，这些领域的成本和风险都很高。

计量认证电能质量监测的好处

专业和在线电能质量监测的主要好处是增加了数据中心的可用性。 在这方面，电能质量本身被定义为供电质量的一个基本组成部分，自然也适用于数据中心以外的许多其他敏感领域(例如 在医院、敏感的工业工厂、运输基础设施，如机场、公共建筑综合体，如购物中心等)。 其好处在于通过观察变化和发现相关性来分析记录的长期信息。 在这方面发挥作用的不仅仅是遵守合同馈入准则。 还可以从以下过程中获得额外的和相关的知识：

-- 正常运行与UPS或应急电源运行的比较

-- 谐波及其对设备的影响评价

-- 较长时间内电能质量变化的评估

-- 安装变更后电能质量发生变化

-- 开关设备后电能质量的变化

-- 根据持续时间和剩余电压(ITIC曲线)评估电压事件及其对设备使用寿命的影响

另一个具体的好处是基于一个永久的区域协调机制。 如果对剩余电流进行正确执行和永久监测，则可以省略对绝缘强度的定期重复测试和手动测试。 这意味着在测试期间没有必要关闭系统（增加可用性）。 巨大的测试工作与相关的时间和人员成本被消除。

结论

包括RCM在内的电能质量计量认证监测的正确见解，可以带来可持续的投资保护、运营成本降低、数据可用性最大化，并最终满足所有相关利益方的重要需求。这包括客户、员工、能源供应商、运营商、投资者、服务人员、政客、协会等。最后，它还有助于减少二氧化碳排放，使数据中心能够更高效、更安全地运作。

将互联网脱碳作为一种前景

如果你看看全球数据量的发展，你会发现对规划者和运营商的挑战将变得更大。 仅在中国，现有超过50万个数据中心将在2023年扩大到100万个（每年增加21%）。除了电能质量问题外，还将更具体地提出如何根据电源使用效率(PUE)调节日益增长的能源需求的问题，因为能源基础设施以及所需的建筑空间是有限的。 据美国科学家Jonathan Koo-mey说，数据中心已经占全球用电量的1.1-1.5%。 仅在法兰克福市，数据中心就已占总用电量的20%以上

“服务器性能与电力”-在这里可以对PUE做出什么具体贡献？

为此，建议监测每个数据量所使用的能量，并根据系统的操作点进行调整，并将其直接转移到供应和数据交换客户端的计费模型中。使用每个数据单位的实际能源需求的准真实数据账单。通过这种方式，一个真正的“数据消费模型”将定义能源价格，并可能提高数据供应商和用户的意识。由于实际产生的能源成本，数据可以更节约地使用。

从技术上讲，综合能源监测可用于这一目的，其基础是一个可理解的参考模型（计量标准的定义），该模型反过来监测单个服务器、机架或类似的数据设备，并测量操作点每个数据量使用的实际能量，从而提供有效的计费。 此外，应当考虑的是，对数据中心或其他敏感地区的电力供应的网络犯罪攻击是否不能通过对电力质量进行合格和长期的监测加以防止。 这实际上是对现有监测设施的一种冗余，这些设施今天已经通过软件解决方案建立，但受到巨大的影响。 其目的是查明电能质量的变化是否可以与对服务器和数据中心基础设施的网络攻击联系起来，从而在早期防止攻击。 在这两种情况下，服务器功率与电能(PUE)以及通过电能质量分析防止网络攻击的附加保护，参考文献（测量标准的定义）将是决定性的。