数据中心行业电能质量问题与治理
数据中心的能源消耗问题如何解
数据中心的能源消耗问题如何解在当今数字化时代，数据中心已成为支撑经济社会发展的重要基础设施。
然而，随着数据中心规模的不断扩大和业务需求的持续增长，其能源消耗问题日益凸显。
数据中心的高能耗不仅给企业带来了沉重的运营成本负担，也对环境造成了巨大的压力。
因此，如何有效解决数据中心的能源消耗问题，已成为当务之急。
数据中心的能源消耗主要来自于服务器、存储设备、网络设备、冷却系统等多个方面。
其中，服务器和存储设备的能耗占据了较大比例。
随着数据处理量的不断增加，这些设备需要持续运行，消耗大量的电能。
而冷却系统则是为了保证设备在适宜的温度环境下工作，其能耗也不容忽视。
为了解决数据中心的能源消耗问题，我们可以从多个方面入手。
首先，优化硬件设备是一个重要的途径。
选用更节能的服务器和存储设备，能够在源头上降低能耗。
例如，采用新型的处理器架构和低功耗的存储介质，可以在不影响性能的前提下减少能源消耗。
此外，对于一些老旧设备，及时进行更新换代，也能够提高能源利用效率。
合理规划数据中心的布局也能起到节能的效果。
在设计阶段，充分考虑设备的摆放位置、散热通道等因素，确保冷空气能够顺畅地流通，提高冷却效率。
同时，采用冷热通道隔离的方式，避免冷热空气混合，进一步降低冷却系统的负荷。
冷却系统的优化是降低数据中心能耗的关键环节之一。
传统的风冷方式在大规模数据中心中往往效率低下，可以考虑采用水冷技术或者液冷技术。
水冷技术通过循环水来带走设备产生的热量，效率更高；液冷技术则直接将冷却液与发热部件接触，散热效果更为显著。
此外，利用自然冷源也是一种有效的节能手段。
在气候适宜的地区，通过引入新风或者利用地下水等自然冷源，可以减少机械制冷的使用时间，降低能耗。
提高能源管理水平同样重要。
通过安装智能能源监测系统，实时监测数据中心各个设备和区域的能源消耗情况，及时发现能耗异常点，并采取相应的措施进行优化。
同时，制定科学合理的能源管理策略，根据业务负载的变化动态调整设备的运行状态，实现能源的精细化管理。
数据中心能源管理存在的问题及解决措施_概述说明
数据中心能源管理存在的问题及解决措施概述说明1. 引言1.1 概述数据中心作为承载和处理大量数据的关键基础设施，在如今数字化时代中发挥着至关重要的作用。
然而，随着数据中心规模的不断扩大以及使用需求的增加，能源管理问题也日益突出。
数据中心的高能耗、低效率以及环境污染等问题亟待解决，否则将对能源资源和环境带来严重影响。
1.2 文章结构本文将围绕数据中心能源管理存在的问题展开论述，并提出相应的解决措施。
首先，在"正文"部分将详细讨论三个主要问题，即数据中心能源浪费、低效率运行和环境污染。
随后，在"解决措施"部分将针对每个问题提出相应的应对策略。
最后，通过总结已有问题及其解决方案，并展望未来发展方向，给出本文的结论。
1.3 目的本文旨在深入探讨数据中心能源管理存在的问题，并提供切实可行且有效的解决措施。
通过阐述这些问题及其解决方案，我们可以引起人们对数据中心能源管理问题的关注，推动能源和环境的可持续发展。
此外，文章还旨在为数据中心运营人员、政策制定者以及相关研究者提供指导和参考，帮助其认识到这些问题的紧迫性，并采取相应措施来改善数据中心的能源管理效率。
2. 正文：2.1 数据中心能源管理问题1数据中心作为信息技术发展的核心基础设施，其能源管理问题日益突出。
首先，数据中心的设备密度和数量不断增长，导致能源需求大幅上升。
这使得数据中心的能源消耗成为一个巨大的挑战。
其次，传统的数据中心往往在冷却方面存在较大问题。
由于高密度设备带来的热量过多，冷却系统常常无法满足需求，造成能源浪费和运行效率下降。
此外，许多数据中心采用了过时、低效的电力供应架构，例如使用冗余模式以及非最佳运行策略等方式，进一步加剧了能源管理问题。
2.2 数据中心能源管理问题2另一个影响数据中心能源管理的主要问题是未充分利用可再生能源资源。
随着可再生能源技术的发展和普及，在更多地区可获得便宜且清洁的电力资源。
数据中心行业电能质量问题与治理(高峰论坛)
HTQF系列R（机架式）型有源电力滤波器
22
HTVQ无功补偿成套装置
HTFPL能量回馈式可编程电子负载
车间一角-有源滤波器变流器
25
车间一角-有源滤波器生产
26
车间一角-有源滤波器老化
27
华天HTEQ高速动态消谐无功补偿器
28
有源电力滤波器原理
9
中央变频空调对电能质量的影响2/2
不控整流电路，整
流器从电网吸取畸变
L1
D1 D3 D5
电流，造成电网谐波 污染。
L2
C1
R1
L3
D4 D6 D2
相控整流电路，整
流器在深度相控下交流
L1
侧功率因数很低，换流
L2
过程引起电网电压波形
L3
畸变。
VT1 VT3 VT5 VT4 VT6 VT2
C1
R1
10
12
谐波的危害2/2
为避免数据中心发生严重事故，造成重大损失，一个稳 定、可靠、洁净的配电系统尤为重要。
13
谐波治理的措施
目前针对谐波治理最有效、性价比最好的方法就是采用有源电 力滤波器（APF），它有以下优势： • 消除各次电压、电流谐波污染和干扰，满足国家标准要求； • 改善电压质量，提高设备运行安全性和可靠性，降低设备温升 和损耗； • 提高系统功率因数，提高线路和电力设备利用率； • 防止系统共振，提高系统运行稳定性，预防设备故障，保障系 统安全； • 降低电力损耗、提高设备效率，节约电能。
4
数据中心影响电能质量的负荷
• 不间断电源（UPS） • 中央变频空调 • 开关电源 • 计算机 • 充电器 • 电子节能灯等
5
UPS对电能质量的影响1/3
数据中心的能效管理与优化
数据中心的能效管理与优化随着互联网的迅速发展，大数据时代已经到来。
各种类型的数据不断涌现，它们从各个方面影响着人们的生活和工作。
而数据中心作为大数据时代的重要组成部分，扮演着重要的角色。
数据中心的运行对电力、通信等基础设施的要求非常高，因此数据中心能源消耗很大，成为企业运营成本中的重要部分。
如何对数据中心的能源消耗进行有效管理，使其更加高效使用，势在必行。
一、数据中心能效管理面临的问题在众多企业的数据中心中，高额的能源消耗已经成为一大难题。
在数据中心电力消耗方面，照明、空调、UPS等一系列设备都需要耗费大量的电能。
因此，如何在保证设备正常运转的同时，优化数据中心的能源利用成为了企业运营的重要问题。
其次，随着数据量的急剧上升，数据中心存储空间也在不断扩大。
数据中心中的存储设备如服务器也需要消耗大量的电力。
而传统的数据中心在设计时没有考虑到能源利用问题，因此就成为了在能源利用方面的大户。
为了解决数据中心能源利用问题，企业可以采取多种措施。
二、数据中心能效管理的具体措施1、加强数据中心硬件设备的能效首先，可以通过有效的硬件配置来促进数据中心的能效利用。
企业可以通过选购节能的设备和使用高效能的硬件，对数据中心的能源利用进行优化。
2、优化空调系统其次，对数据中心的空调系统进行优化，可以大大提高能效利用。
在保证数据中心设备正常运转的前提下，对空调系统的工作模式、机组型号、空调管道等进行合理的配置，可以提高空调系统的能效使用。
3、设计基于数据的电力分析方案为了更加系统地掌握数据中心的能源滥用情况，企业可以采用基于数据的电力分析方案。
这种方案可以对数据中心监控系统进行深度分析，了解每台设备的能耗情况，并实施合理的能效优化措施。
4、检查能源管理方案对能源管理方案进行检查，优化能源使用要求的流程，并整合相应的系统，可以实现更加高效的能源利用。
三、数据中心能效管理的价值一方面，通过采取多种有效的措施优化数据中心的能源利用，可以有效降低企业运营成本，提高企业的竞争力。
电能质量问题分析与治理
电能质量问题分析与治理电能质量是指电网电能满足用户负载性能要求的能力，其指标包括电压稳定性、频率稳定性、谐波、波形畸变等。
电能质量问题不仅会影响电器设备的使用寿命和性能，还会造成电能的浪费和对环境的污染。
因此，电能质量问题的分析和治理也成为了当今电力领域的重要议题。
电能质量问题的原因电能质量问题的出现是由于电力系统中各种因素的影响，包括电源、电网、负载等因素。
其中，电源方面的因素主要包括电压波动、电压闪变、电压谐波等；电网方面的因素主要包括短路故障、线路阻抗等；负载方面的因素则主要包括非线性负载等。
电源方面的因素电源方面的因素主要包括电压波动、电压闪变、电压谐波等。
电压波动是指电网电压在一定时间内突然变化的现象，例如因短路故障、大负荷启动等原因造成电网电压瞬间降低或升高。
电压闪变则是指电网电压的瞬间变化，例如当大型电动机启动时，其突然的电流冲击会引起电压的瞬间下降，从而影响电能质量。
电压谐波则是指电网电压中包含有超过基波频率的波形，其存在主要是由于非线性负载所导致的。
电网方面的因素电网方面的因素主要包括短路故障、线路阻抗等。
短路故障是指电力系统中线路短路故障导致电站输出电能下降或中断，从而影响电能质量。
线路阻抗则是指线路本身的电阻和电感，其存在会使得电能传输时会出现损耗并影响电能质量。
负载方面的因素负载方面的因素主要包括非线性负载等。
非线性负载指的是与电源输出电压不成线性关系的负载，例如电动机、放电灯、电子设备等。
由于非线性负载会产生电磁干扰和谐波，从而导致电能质量问题的出现。
电能质量问题的治理针对电能质量问题，需要采取一系列的技术手段和管理措施进行治理。
其中，技术手段主要包括改进供电网的质量和稳定性、提高电器设备的质量、采用滤波器和无功补偿等措施；管理措施则主要包括制定相关的技术标准和规范、加强对电能质量监测和测试、加强对新能源电力系统的规划和建设等。
改进供电网的质量和稳定性在电能质量问题治理中，一个重要的方向就是改进供电网的质量和稳定性。
数据中心电能质量的影响因素及解决方法
数据中心电能质量的影响因素及解决方法近年来，计算机、网络、服务器等技术迅猛发展，各类企事业单位对信息化的需求持续增长，促进了大型数据中心的建设。
大型数据中心可以集中管理和存储大批量数据，可以为各类企事业单位提供服务器托管、租用以及相关增值服务等全方位服务。
数据中心提高了数据的安全性，还为“云计算”和“虚拟化”的到来奠定了硬件基础。
电能质量是衡量电能从供电企业传输用电企业时有效性的指标。
电能质量指通过公用电网向用电单位提供的交流电的质量。
1、大型数据中心衡量电能质量的主要指标1.1电压偏差根据《电能质量-供电电压允许偏差》（GB12325—2003），电压偏差的限值规定为：220kV、110kV、35kV供电电压正负偏差的绝对值之和不超过10%；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；单相供电电压允许偏差为+7%～10%。
崇明三岛最高电压等级为220kV，现有220kV变电站4座，110kV及以下共有30座。
1.2电压波动和闪变由于谐波的注入，电力系统的电压受到影响，尤其是当大量的冲击性负荷设备运用时，造成了电压不稳，电压时高时低，给电子产品正常工作造成了巨大的危害。
电气设备在工作时，时而功率大于额定值，时而低于额定值，不仅电气设备的工作效率降低，而且大大降低了电气设备的使用寿命。
电压波动和闪变标准（GB/T12325—2003）对电压波动和闪变的允许值进行了限定。
例如对电力系统公共连接点闪变限值的限定值为：当供电电压小于或者等于110kV时，闪变限值为1，当供电电压大于110kV时，闪变限值为0.8。
1.3频率偏差根据《电能质量-电力系统频率允许偏差》（GB/T15945—95）对频率偏差的限值规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz。
当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz。
用户冲击负荷引起的系统频率变动不得超过±0.1Hz。
崇明三岛电网为江苏电源与上海电源分送东西部负荷，崇明三岛频率随主网频率的变化而变化。
数据中心市电质量问题及解决方法
电源质量问题的危害分析电源是信息系统及电子产品地心脏，交流电源的质量决定了信息系统及电子产品能否正常地工作。
据IDC统计，IT设备的故障率有45%是由电源问题引起的，在中国，大城市停电的次数平均为0.5次/月，中等城市为2次/月，小城市或村镇为4次/月。
这对于高精度的敏感仪器和IT设备而言是非常危险的。
因此从改善电源质量的角度来说配备UPS是十分有效而且必要的。
相关行业标准明确规定，对于IT等重要设备而言，必须配置UPS电源。
交流电源存在的质量问题有以下几种：1. 电压的变化范围过大：电压太低，负载不能正常工作；电压太高，负载使用寿命缩短，或将负载烧毁。
2.波形失真（或称谐波）：产生的原因是整流器、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉、节能灯、调光器等电力电子设备和电器设备中开关电源的使用。
谐波的危害主要包括：1）使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；2）影响各种电气电子设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；3）会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
3. 突波（或称电涌、浪涌）：指在瞬间内（数毫秒间）输出电压有效值高于额定值110%，持续时间达一个或数个周期，是破坏精密电子设备的主要元凶。
除受到雷击产生外，另外主要是由于电网上连接的大型电气设备关机开机时，电网因突然卸载而产生的高压。
1) 电涌对敏感电子电器设备的影响有以下类型。
破坏：电压击穿半导体器件；破坏元器件金属化表层；直接导致IT设备宕机。
电能质量问题及其解决方案
电能质量问题及其解决方案一、电能质量问题概述电能质量问题是指在电力系统中电能的波形、频率、电压、电流等参数发生失调或波动的现象，导致电气设备出现设备故障、设备寿命下降、负荷能效降低等问题。
随着电子技术的快速发展和电力需求的日益增加，电能质量问题日益显著，既严重影响工业生产和居民用电，也损害了电力系统的稳定性和安全性。
二、电能质量问题的种类和影响1.电压骤降：电压骤降是指瞬间发生的电压下降，主要是由电容性负载的突然断开或电感性负载的开关切断等引起的。
电压骤降会导致设备失效、设备寿命缩短等。
2.电压波动：电压波动是指电压在其额定值上下波动的现象。
主要是由于大型负载的切换引起的，如焊接机器、高压放电灯等。
电压波动会导致设备启动困难、设备故障等。
3.电压谐波：电压谐波是指电力系统中的非基波电压，它会引起电网中出现高频噪声，导致电子设备出现故障、设备寿命缩短等。
4.电流谐波：电流谐波主要是由于非线性负载引起的，如电子变频器等。
会导致电力系统中电动设备故障等。
5.电压间谐波：电压间谐波是指交流电压中不同阶次的谐波分量之间的电压差异。
会引起电流不平衡而导致谐波电压损失增加等。
三、电能质量问题的解决方案为解决电能质量问题，需要采取一定的技术手段，保证电力系统中的电量波动、频率、电压、电流等参数稳定和正常。
下面介绍几种解决方案。
1.过滤电容器法过滤电容器法是指在非线性负载前面串联一个合适的电容器，使得谐波分量在电容器处被过滤掉。
这种方法可以解决电压、电流谐波的问题。
2.无功补偿法无功补偿法是利用功率因数校正装置，使得电力系统中产生的无功功率可以得到补偿，从而减轻电力系统中的谐波电流，提高设备寿命和工作效率。
3.谐波滤波器法谐波滤波器是将谐波滤波器直接接入电力系统中，可以有效地滤除电力系统中的谐波，可以保持电气设备的正常工作状态。
4.电能质量监测系统电能质量监测系统可以实时监测电气设备的运行状态，包括电压、电流、功率等参数的波形和频率，同时可以实时进行数据分析和报警。
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畸变波形的谐波分量
11
谐波的危害1/2
• 降低功率因数，降低电力设备容量，增加电力损耗； • 导致配电系统共振，危及系统安全； • 导致无功补偿设备无法正常运行甚至烧毁； • 引起继电保护设施的误动作，导致意外断电； • 增加电机振动，影响产品质量和电机寿命； • 导致变压器、线路、电机过热，加速设备绝缘老化； • 延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量； • 增加电压峰值，降低绝缘介质寿命； • 导致中线过载，甚至引发事故； • 导致电力计量仪表误差； • 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备
9
中央变频空调对电能质量的影响2/2
不控整流电路，整
流器从电网吸取畸变
L1
D1 D3 D5
电流，造成电网谐波 污染。
L2
C1
R1
L3
D4 D6 D2
相控整流电路，整
流器在深度相控下交流
L1
侧功率因数很低，换流
L2
过程引起电网电压波形
L3
畸变。
VT1 VT3 VT5 VT4 VT6 VT2
C1
R1
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– 国际电工委员会（IEC）给出的电能质量定义 – 根据这一定义，可以认为电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒
定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。
3
评价电能质量的主要指标
相对于预定基准的偏离程度：
• 频率偏移 • 长期电压偏移（t ≥1min) • 短期电压偏移（0.5c ≤ t＜1min） • 电磁暂态（t＜0.5c） • 三相不平衡 • 波形失真 • 电压波动和闪变
12
谐波的危害2/2
为避免数据中心发生严重事故，造成重大损失，一个稳 定、可靠、洁净的配电系统尤为重要。
13
谐波治理的措施
目前针对谐波治理最有效、性价比最好的方法就是采用有源电 力滤波器（APF），它有以下优势： • 消除各次电压、电流谐波污染和干扰，满足国家标准要求； • 改善电压质量，提高设备运行安全性和可靠性，降低设备温升 和损耗； • 提高系统功率因数，提高线路和电力设备利用率； • 防止系统共振，提高系统运行稳定性，预防设备故障，保障系 统安全； • 降低电力损耗、提高设备效率，节约电能。
8
中央变频空调对电能质量的影响1/2
数据中心的服务器功耗一般会随着业务量的变动呈现一定规 律的变化，因此数据中心信息设备的发热量也会呈现周期性的变 化，采用变频压缩机、风机、水泵等设备可以有效提高空调设备 制冷效率。
但变频设备的整流电路与UPS相似，多采用不控整流和相控 整流两类，除目前常用的PWM整流电路谐波较少外，其他整流电 路都会对电网造成大量的谐波污染，影响配电系统的安全运行。
谐波的定义
以上这些负荷对电能质量的影响 主要表现为谐波的影响。国际电工标 准(IEC555-2, 1982)和国际大电网会 议(CIGRE)的文献中定义：“谐波分 量为周期量的傅里叶级数中大于1的h 次分量”。IEEE标准中 (参见IEEE标 准519—1981)定义为：“谐波为一周 期波或量的正弦波分量，其频率为基 波频率的整数倍”。
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内容提要
➢ 数据中心电能质量问题分析
➢ 华天电气电能质量控制产品介绍
➢ 数据中心电能质量治理案例介绍
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华天电能质量产品分类
• 动态无功补偿装置 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按照补偿速度：普通型、高速型和TSVG型
• 无源滤波器 –按补偿方式：三相三线制、三相四源电力滤波器
22
HTVQ无功补偿成套装置
HTFPL能量回馈式可编程电子负载
车间一角-有源滤波器变流器
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车间一角-有源滤波器生产
26
车间一角-有源滤波器老化
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华天HTEQ高速动态消谐无功补偿器
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有源电力滤波器原理
– IEEE标准化协调委员会给出的 power quality（电能质量）的技术定义
• 定义2：电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和不干扰 用户使用电力的物理特性。
– IEC(1000-2-2/4)标准中给出的电能质量定义
• 定义3：电能质量定义是指在电力系统中某一指定点上电压的特性， 这些特性可根据预定的基准、技术参数来评价。
4
数据中心影响电能质量的负荷
• 不间断电源（UPS） • 中央变频空调 • 开关电源 • 计算机 • 充电器 • 电子节能灯等
5
UPS对电能质量的影响1/3
UPS 是数据中心主要的谐波源之一，它以逆变器为主要 元件，稳压稳频输出的电源保护设备，主要由整流器、蓄电 池、逆变器和静态开关等几部分组成。其中整流器作交直变 换给蓄电池提供充电电压，其产生的谐波与整流设备的脉冲 数（也就是可控硅的个数）有关。常规UPS的脉冲数是六脉冲 和十二脉冲，对于六脉冲的UPS其主要的谐波以5、7次谐波为 主，对于十二脉冲的UPS其主要的谐波阶次为11、13次。新型 的UPS带有PWM整流器或PFC，以达到降低谐波、提高功率 因数的目的。
• 有源滤波器 –按补偿方式：三相三线制、三相四线制 –按电流检测方式：源电流检测型、负载电流检测型 –按安装方式：落地式、壁挂式、机架式
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山大华天研发制造中心
17
华天HTPF无源电力滤波器
18
华天HTHF混合有源电力滤波器
19
华天HTQF有源电力滤波器
20
华天HTQF有源电力滤波器
21
6
UPS对电能质量的影响2/3
六脉冲整流器
负载电流波形
由于数据中心大容量UPS的应用，致使大量的5、7、11等高次谐波注
入到配电系统中，有输入电抗时谐波畸变率达到40%左右，无输入电抗时
可超过60%。
7
UPS对电能质量的影响3/3
PWM整流器 新型UPS会采用PWM整流器或加PFC功率因数校正器，两者都会在配 电系统中引入电容器，在采用有源电力滤波器（APF）进行电能质量治 理时，二者之间存在谐振的危险。
数据中心行业 电能质量问题与治理
1
内容提要
➢ 数据中心电能质量问题分析
➢ 华天电气电能质量控制产品介绍 ➢ 数据中心电能质量治理案例介绍
2
什么是“电能质量”
Power Quality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质） • 定义1：合格电能质量的概念是指，给敏感设备提供电力和设置的
接地系统均适合于该设备正常工作。