数据中心数字世界背后的力量

绿色数据中心


大数据中心解决方案

一、概述

数据中心是一整套复杂的设施。它不仅包括计算机系统和其它与之配套的设备(例如通信和存储系统),还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。数据中心的电力供应把握着数据中心业务运营的命脉。数据中心的应急、备用电源的可靠性是至关重要的,必须严格满足电力系统每周7x24H连续不间断的运行要求并能将非计划外的停机损失降到最小。数据中心停机的成本可能会非常高,平均成本可达每分钟5,000美元以上,而且其增加速度非常快,甚至达到每小时30万美元!而且,这除了会对客户的业务带来负面影响之外,持续的停机时间也损害了服务提供商在数据中心服务领域的声誉。


为了让您的数据中心在电能质量发生波动时进行有效的预防措施避免误跳闸并能在面临停电时提高应急、备用电源的可靠性和灵活性,一个日益流行的趋势是安装先进的电力监测及控制设备,充分利用各种计算设备的报告。ETAP在数据中心可用作电力系统设计及电能管理系统的综合解决方案,可以使用ETAP进行跟踪、管理并提高电能使用效率以保证重大操作的最大可靠性。


二、ETAP综合电力系统分析及实时监控程序在数据中心的应用

ETAP提供一套完整的综合电力工程解决方案,软件综合了一套高级的实时应用程序与一个具有图形化友好用户界面的电力系统设计及建模平台。ETAP是国际通用的电力及电气系统分析解决方案,由美国OTI公司于1984年开发,1986年正式发布,并于1992年增加了实时系统电力解决方案。ETAP是美国官方唯一指定的核电用户电力分析软件供应商,美国64座核电站中有60座在使用ETAP作为分析标准。诸多知名电气设备供应商如施耐德电气已成为ETAP的合作伙伴共同为数据中心提供先进的电力解决方案。
目前,ETAP软件离线分析解决方案有潮流、短路、保护设备配合等50多个非常全面的功能模块。ETAP实时系统电力解决方案也是模块化的,其中包含智能电力监测、实时预测仿真、能量管理及与高级自动工具结合的系统优化等。


图2.1ETAP数据中心的实时预测仿真及决策解决方案

ETAP提供具有先进界面的综合实时监测,非常直观智能。其开放式架构可以与仪表设备、数据采集及存档系统无缝集成,并可使用实时及存档数据预测仿真系统对操作员操作的反应来进行操作员培训模拟。

  

图2.2ETAP精简客户端仪表盘可以形象化地分析运行数据


ETAP实时系统中事件回放功能对于事故根本原因及影响调查、研究选择性操作、回放预演方案非常有用。ETAP可以配置为根据存储数据提供一个完整的电力系统图,包括回放之前记录的监测数据、计算系统参数、事件顺序及消息日志。
ETAP开关管理功能让调度员可以使用一套完整的图形化用户界面来建立、仿真并验证一个完整的开关程序,同时可以一步执行经过核准的符合安全和安保规范的开关程序。
ETAP能量跟踪及统计功能可以提供基于地区的关键负荷、不间断电源连接的负荷、配电板以及配电设备的能量损耗,同时可以基于用户定义的成本函数跟踪相关的能量成本。其中能量报告可以增强数据中心整个系统的的性能标准如DCiE(数据中心基础架构效率)及PUE(电源使用效率)。


图2.3ETAP能量跟踪及统计


ETAP嵌入式的单线图建模是非常智能化的,并且具有开放的多维工程数据库。用户可以生成、合并、自定义或者管理系统模型。ETAP可以分析整个交流与直流系统,通过工程向导可以自动进行方案分析,一键完成多个方案的计算,仿真保护设备响应。

ETAP实时系统将传统的数据获取系统扩展为一个可靠的智能电力管理解决方案,为运行人员提供参考依据。实时系统可以根据需要获取在线数据并检索存档数据用于系统分析,查看并分析系统干扰前与干扰后动作,进行综合警告、报警及确认。软件内置的冗余程序可以自动对系统进行故障恢复,节省操作时间。表1为ETAP综合解决方案在数据中心的功能应用。



ETAP实时系统

在数据中心的应用模块

ETAP离线分析仿真

在数据中心的应用模块

电力数据中心配电系统设计

仿真模块

智能的单线图及模拟建模

潮流分析

电力系统监测及控制

短路计算

实时电力分析及报告

保护设备配合与选择

使用实时及存档数据进行操作预演分析

操作序列

实时潮流及短路计算

弧闪

电气容量评估及计划

电能质量及谐波计算

实时保护设备操作序列评估

地下电缆热分析

关键设施故障模式及影响分析

电机启动

实时系统可靠性评估

暂态稳定

实时弧闪危害评估

可靠性评估

开关顺序及工作命令管理

故障模式及影响分析

数据中心专用的人机界面

及精简客户端仪表盘

开关管理

冗余故障容差软件架构

偶发事故分析


表1  ETAP综合解决方案在数据中心的功能应用


三、工程应用实例

下面我们通过ETAP的一个实际工程案例,简单介绍ETAP中离线模块在数据中心的应用。如图3.1,这是一个典型的数据中心双回路供电系统,该项目主要针对系统进行潮流计算、短路分析、谐波分析、保护设备配合、直流潮流、直流短路以及蓄电池容量估计及放电校验。 
 

图3.1  ETAP软件建立的系统单线图


潮流计算

ETAP潮流计算根据确定的电网运行方式,计算各母线电压,各支路的电流、功率、功率因数、电压降和功率损耗,给出母线电压报警、支路过载报警、发电机过载和励磁报警等。图3.1.1是该项目ETAP潮流计算报告部分截图,从报告中可以清楚地看到各条母线电压及各个支路方向潮流的详细参数。



图3.1.1  ETAP潮流计算报告


短路分析

ETAP短路分析严格遵循IEC60909和IEC61363标准,可以计算三相对称短路、两相(接地)短路、单相接地短路。根据确定的电网运行方式,假定某条母线故障计算短路电流,可以根据报告进行短路设备选型并校验。图3.2.1是该项目母线6发生三相短路的短路计算报告,报告给出了故障母线总的短路电流及其它各条支路对它的反馈情况。

图3.2.1  ETAP短路分析报告


谐波计算

ETAP谐波分析遵从IEEE 519标准,在系统中模拟谐波源,采用基于频率的网络阻抗模型分析系统中各点总的畸变度及各次谐波含量,给出谐波含量越限报警,并且绘出电压电流的频谱图和波形图给出详细的谐波潮流报告。从这些图形中能直观地反映出谐波含量和波形畸变度。下列截图为该项目对应的谐波计算结果报告。


图3.3.1  ETAP谐波分析报告--总的母线电压畸变度


图3.3.2  ETAP谐波分析报告--总的支路电流畸变度


图3.3.3  ETAP谐波分析报告—母线电压各次谐波分量畸变度


图3.3.4  ETAP谐波分析报告—支路电流各次谐波分量畸变度


图3.3.5  ETAP谐波计算母线电压频谱图     图3.3.6ETAP谐波计算母线电压波形图


保护设备配合

ETAP继电保护配合模块可以绘出保护设备的时间电流配合(TCC)曲线,还可以进行故障插入模拟保护设备在故障后的动作,并给出设备的动作顺序列表,如图3.4.1。用户通过使用继电保护配合模块可以校核保护设备的配合,调整保护设备的配合方案使其更加合理有效。

图3.4.1  ETAP保护设备支路TCC曲线及其设置


图3.4.2为该支路元件的保护设备设置报告,可用于现场调试。

图3.4.2  ETAP保护设备设置报告

直流潮流

ETAP直流潮流计算根据确定的直流系统运行方式,计算各母线电压,各支路的电流、功率、电压降和功率损耗,给出母线电压报警、支路过载报警、开关过载报警等。3.5.1为该项目直流系统潮流报告部分截图。

图3.5.1  ETAP直流系统潮流计算

直流短路

ETAP直流短路计算遵从IEEE946标准,根据确定的直流系统运行方式,计算系统中母线短路时的短路电流。图3.6.1为直流母线3发生短路时总的故障电流及其它各支路对它的反馈情况。

图3.6.1  ETAP直流系统短路计算



蓄电池容量估计与放电校验

ETAP蓄电池容量估计与放电校验遵从IEEE308 485 946标准,根据直流系统的负荷设备容量、工作周期计算需要的最小蓄电池容量,并根据确定的蓄电池容量和负荷工作周期模拟蓄电池在整个工作周期里的放电情况,给出详细的计算报告和放电曲线。计算过程考虑了温度、老化等影响蓄电池容量的因数。下图给出了蓄电池4放电曲线及报告中蓄电池4容量估计及放电总结页。


图3.7.1  ETAP放出的蓄电池容量图3.7.2  ETAP蓄电池电流   图3.7.3  ETAP蓄电池电压



图3.7.4  ETAP蓄电池容量估计及放电总结


结束语


随着绿色数据中心概念的逐渐普及,市场对更高效节能数据中心的需求日益迫切。ETAP数据中心综合解决方案不仅可以提供从绿色设计到具体设备选型、人员安全风险保证、防止非计划停电、电能质量分析及治理等方面的软件工具,还能通过对电力的实时监控最大程度保证供电可靠性、进行能量管理实现节能并增加收益的目标。




核心优势

  • 绿色数据中心优化
  • 数据中心专用HMI & 客户显示界面
  • 电力系统管理 & 控制
  • 环境情况监测
  • 安全系统监测 & 评估
  • 仿真预测
  • 序列切换与工作
  • 负荷保持 & 恢复
  • UPS系统监测 & 控制
  • 分布式冗余 & 高可靠性
  • 实时系统可靠性评估
  • 重要设施故障模型 & 影响分析
ETAP电力系统综合解决方案