認(rèn)證的電能質(zhì)量監(jiān)測和消防強(qiáng)化

序言

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)量持續(xù)快速穩(wěn)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(qū)塊鏈進(jìn)程，一個工作在各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的準(zhǔn)類型數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)交換需求的增加也增加了對全球大規(guī)模規(guī)劃、建設(shè)和維護(hù)的數(shù)據(jù)中心的需求。 然而，電力領(lǐng)域的數(shù)據(jù)中心面臨著復(fù)雜的挑戰(zhàn)，可能影響(法律上的)安全運(yùn)營。

基本要求

在規(guī)劃數(shù)據(jù)中心的能源供應(yīng)時，必須考慮到許多要求：

-- 在能源供應(yīng)和環(huán)境條件方面的安全位置

-- 高能效，以最小化運(yùn)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(fā)電機(jī)

-- 高度安全（防火、出入、防御網(wǎng)絡(luò)攻擊）

-- 所用運(yùn)行資源的系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性

-- 可擴(kuò)展性

問題描述

各種研究表明，電能質(zhì)量問題每年要花費(fèi)數(shù)十億美元。 早在2007年，“2007年泛歐LPQI電力質(zhì)量調(diào)查”的研究表明，損失達(dá)1570億歐元/年。 在此過程中，對所有人的挑戰(zhàn)繼續(xù)增加。 尤其是數(shù)據(jù)中心。 原因如下：

（1）電源干擾電平

-- 非線性負(fù)載(LED照明、計算機(jī)、充電設(shè)備、變頻器等)的強(qiáng)勁增長。) 產(chǎn)生諧波

-- 增加分散的饋入(例如 風(fēng)電，光伏系統(tǒng))，導(dǎo)致電壓維護(hù)不穩(wěn)定

插圖：Jan Meyer博士，TU Dresden，關(guān)于網(wǎng)格污染非線性消費(fèi)者和分散饋電的網(wǎng)格質(zhì)量監(jiān)測的必要性。

（2）干擾電平的影響：

-- 較新的設(shè)備（如服務(wù)器、控制器、電梯、火災(zāi)報警系統(tǒng)等）對噪音水平更敏感，可能會發(fā)生故障。

-- 整個部件可以被銷毀

-- 生命周期減少

-- 業(yè)務(wù)中斷要花很多錢

-- 系統(tǒng)故障時的復(fù)雜性，因?yàn)樵蛲ǔo法識別

-- 使用的測量設(shè)備不能充分檢測故障

-- 沒有數(shù)據(jù)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(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員。

解決辦法

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

理想情況下，所有使用的設(shè)備都符合有關(guān)電源反饋和免受干擾的標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)載、不對稱的電源負(fù)載等，可能會發(fā)生顯著的水平超過。 為了能夠評估和限制風(fēng)險，長久的電能質(zhì)量監(jiān)測是必不可少的。 根據(jù)數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)和范圍，在能源供應(yīng)的不同地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測是有意義的：

-- 在電網(wǎng)運(yùn)營商的饋入點(diǎn)，所謂的耦合點(diǎn)(PCC)。

-- 在所有保護(hù)區(qū)內(nèi)

-- 在應(yīng)急電力系統(tǒng)的進(jìn)給點(diǎn)

圖：記錄和評估電能質(zhì)量測量數(shù)據(jù)的原理

-- 除了上述評價外，記錄的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)還允許在存在或出現(xiàn)的問題導(dǎo)致?lián)p害之前的早期階段發(fā)現(xiàn)它們。對于合格評定，記錄的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與規(guī)范的極限值進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)中心包括:

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

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

上述標(biāo)準(zhǔn)為網(wǎng)絡(luò)在觀測點(diǎn)的正常運(yùn)行提供了指導(dǎo)。這并不包括那些可能導(dǎo)致暫時限制能源供應(yīng)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(shù)量并不限于達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的目的。 USV或網(wǎng)絡(luò)替換系統(tǒng)的任務(wù)是克服這種供應(yīng)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(jù)IEC61000-4-30的規(guī)定，及時向業(yè)務(wù)人員通報事件的發(fā)生情況。 例如，這是通過向?qū)＜野l(fā)送自動電子郵件的方式完成的。 對于電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的交換，使用標(biāo)準(zhǔn)化的格式是有意義的，例如根據(jù)IEEE1159.3的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式。 因此，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析軟件的選擇不限于專有制造商系統(tǒng)。

作為消防保護(hù)的RCM

為了避免不受控制的運(yùn)行中斷，數(shù)據(jù)中心不使用帶有直接跳閘(RCD)的剩余電流監(jiān)測裝置。 相反，必須長久監(jiān)測剩余電流。 RCM（剩余電流監(jiān)測）用于這一目的，這不僅是基本的個人保護(hù)，而且也是設(shè)備和消防保護(hù)。 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(tǒng)中發(fā)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(jiān)測

通過計量溯源正確計量數(shù)據(jù)

一句老鎖匠的話說：“Centimetre is a watchmaker’s measure”。 換句話說，“If you measure, you measure crap?！边@樣，技術(shù)人員和經(jīng)濟(jì)學(xué)家就知道這個眾所周知但卻是真實(shí)的短語，并注意相應(yīng)的測量方法。 雖然對電能質(zhì)量裝置的要求在測量方法(IEC61000-4-30)、設(shè)備特性(IEC62586-1)和符合標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)常不能證明為什么他們的分析儀器符合規(guī)范，即正確地度量。 只有通過一個獨(dú)立的認(rèn)證機(jī)構(gòu)才能證明一個真正正確的測量，好的情況是由一個計量學(xué)院。 未經(jīng)認(rèn)證的測試機(jī)構(gòu)，甚至制造商的自我申報，都不能取代計量證書，因此也應(yīng)加以批判性看待。 特別是涉及到敏感領(lǐng)域，例如數(shù)據(jù)中心，這些領(lǐng)域的成本和風(fēng)險都很高。

計量認(rèn)證電能質(zhì)量監(jiān)測的好處

專業(yè)和在線電能質(zhì)量監(jiān)測的主要好處是增加了數(shù)據(jù)中心的可用性。 在這方面，電能質(zhì)量本身被定義為供電質(zhì)量的一個基本組成部分，自然也適用于數(shù)據(jù)中心以外的許多其他敏感領(lǐng)域(例如 在醫(yī)院、敏感的工業(yè)工廠、運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，如機(jī)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(fā)現(xiàn)相關(guān)性來分析記錄的長期信息。 在這方面發(fā)揮作用的不僅僅是遵守合同饋入準(zhǔn)則。 還可以從以下過程中獲得額外的和相關(guān)的知識：

-- 正常運(yùn)行與UPS或應(yīng)急電源運(yùn)行的比較

-- 諧波及其對設(shè)備的影響評價

-- 較長時間內(nèi)電能質(zhì)量變化的評估

-- 安裝變更后電能質(zhì)量發(fā)生變化

-- 開關(guān)設(shè)備后電能質(zhì)量的變化

-- 根據(jù)持續(xù)時間和剩余電壓(ITIC曲線)評估電壓事件及其對設(shè)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(qū)域協(xié)調(diào)機(jī)制。 如果對剩余電流進(jìn)行正確執(zhí)行和長久監(jiān)測，則可以省略對絕緣強(qiáng)度的定期重復(fù)測試和手動測試。 這意味著在測試期間沒有必要關(guān)閉系統(tǒng)（增加可用性）。 巨大的測試工作與相關(guān)的時間和人員成本被消除。

結(jié)論

包括RCM在內(nèi)的電能質(zhì)量計量認(rèn)證監(jiān)測的正確見解，可以帶來可持續(xù)的投資保護(hù)、運(yùn)營成本降低、數(shù)據(jù)可用性最大化，并最終滿足所有相關(guān)利益方的重要需求。這包括客戶、員工、能源供應(yīng)商、運(yùn)營商、投資者、服務(wù)人員、政客、協(xié)會等。最后，它還有助于減少二氧化碳排放，使數(shù)據(jù)中心能夠更高效、更安全地運(yùn)作。

將互聯(lián)網(wǎng)脫碳作為一種前景

如果你看看全球數(shù)據(jù)量的發(fā)展，你會發(fā)現(xiàn)對規(guī)劃者和運(yùn)營商的挑戰(zhàn)將變得更大。 僅在中國，現(xiàn)有超過50萬個數(shù)據(jù)中心將在2023年擴(kuò)大到100萬個（每年增加21%）。除了電能質(zhì)量問題外，還將更具體地提出如何根據(jù)電源使用效率(PUE)調(diào)節(jié)日益增長的能源需求的問題，因?yàn)槟茉椿A(chǔ)設(shè)施以及所需的建筑空間是有限的。 據(jù)美國科學(xué)家Jonathan Koo-mey說，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)占全球用電量的1.1-1.5%。 僅在法蘭克福市，數(shù)據(jù)中心就已占總用電量的20%以上

“服務(wù)器性能與電力”-在這里可以對PUE做出什么具體貢獻(xiàn)？

為此，建議監(jiān)測每個數(shù)據(jù)量所使用的能量，并根據(jù)系統(tǒng)的操作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，并將其直接轉(zhuǎn)移到供應(yīng)和數(shù)據(jù)交換客戶端的計費(fèi)模型中。使用每個數(shù)據(jù)單位的實(shí)際能源需求的準(zhǔn)真實(shí)數(shù)據(jù)賬單。通過這種方式，一個真正的“數(shù)據(jù)消費(fèi)模型”將定義能源價格，并可能提高數(shù)據(jù)供應(yīng)商和用戶的意識。由于實(shí)際產(chǎn)生的能源成本，數(shù)據(jù)可以更節(jié)約地使用。

從技術(shù)上講，綜合能源監(jiān)測可用于這一目的，其基礎(chǔ)是一個可理解的參考模型（計量標(biāo)準(zhǔn)的定義），該模型反過來監(jiān)測單個服務(wù)器、機(jī)架或類似的數(shù)據(jù)設(shè)備，并測量操作點(diǎn)每個數(shù)據(jù)量使用的實(shí)際能量，從而提供有效的計費(fèi)。 此外，應(yīng)當(dāng)考慮的是，對數(shù)據(jù)中心或其他敏感地區(qū)的電力供應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)犯罪攻擊是否不能通過對電力質(zhì)量進(jìn)行合格和長期的監(jiān)測加以防止。 這實(shí)際上是對現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)施的一種冗余，這些設(shè)施今天已經(jīng)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(zhì)量的變化是否可以與對服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)攻擊聯(lián)系起來，從而在早期防止攻擊。 在這兩種情況下，服務(wù)器功率與電能(PUE)以及通過電能質(zhì)量分析防止網(wǎng)絡(luò)攻擊的附加保護(hù)，參考文獻(xiàn)（測量標(biāo)準(zhǔn)的定義）將是決定性的。