摘 要：電力物聯(lián)網(wǎng)的建設支撐了電網(wǎng)業(yè)務與新興業(yè)務的發(fā)展，并將進一步全面形成共建、共治、共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。依托電力物聯(lián)網(wǎng)建設，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進行了分析和展望。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng); 數(shù)據(jù)中心; 能耗管理; 監(jiān)測系統(tǒng); 節(jié)能

0引言

數(shù)據(jù)中心PUE值應限制在1.3以下。

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提出，為解決數(shù)據(jù)中心能耗管理可以為電力用戶提供更高質(zhì)量的服務。

本文首先分析了目前數(shù)據(jù)中心能耗管理的未來研究方向。

1電力物聯(lián)網(wǎng)

1.1電力物聯(lián)網(wǎng)的主要特征

電力物聯(lián)網(wǎng)擁有將能源系統(tǒng)全周期內(nèi)的各環(huán)節(jié)設備、用戶的全狀態(tài)感知以及全業(yè)務穿透的強大能力，具有以下3個特征。一是信息感知全面、組網(wǎng)迅速。其網(wǎng)絡層可實現(xiàn)多模多制式的網(wǎng)絡傳輸技術(shù)融合，全面覆蓋、連接感知傳感器和電力設施，全面檢測數(shù)據(jù)并迅速組建物聯(lián)網(wǎng)，開展信息采集、處理、感知，達到準確無誤的效果。二是信息整合度高，通信方式簡潔。泛在物聯(lián)網(wǎng)通過有效地融合聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)，以簡化、提高局域電力的通信步驟與方法，呈現(xiàn)出電網(wǎng)信息化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化的發(fā)展新勢頭。其中傳感與通信設備能夠以多跳的方式進行無線通信，從而縮短物聯(lián)網(wǎng)設備間的通信距離; 而通信網(wǎng)絡中包含的多條通信鏈路使通信具有靈活性和容錯性。三是拓撲形式多樣，具備一定自我修復能力。拓撲變化頻繁是根據(jù)電力資源網(wǎng)分布安裝要求，為節(jié)省基礎設備維修投入而對傳感器進行定時休整變動，主要解決長時間工作運行導致的傳感設備問題。但拓撲變化不會影響傳感器的高效運行，其所具備的智能修復系統(tǒng)可自主檢查，并根據(jù)實時信息調(diào)整修復。

1.2 電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系

電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系可分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層與應用層。其架構(gòu)如圖1所示。感知層是電力物聯(lián)網(wǎng)的物理基礎，一般包含中心及一體化云平臺等，重在實現(xiàn)電力終端物聯(lián)管理、對采集數(shù)據(jù)進行深度挖掘及高效處理數(shù)據(jù)信息。應用層是電力物聯(lián)網(wǎng)的價值實現(xiàn)層，分為對內(nèi)業(yè)務和對外業(yè)務。對內(nèi)業(yè)務包括提高客戶服務水平、提升企業(yè)經(jīng)營績效、提升電網(wǎng)運行經(jīng)濟性和穩(wěn)定性、提升新能源滲透和消納等; 對外業(yè)務包括建設綜合能源智慧服務平臺、建設綜合能源生態(tài)環(huán)境、建立數(shù)據(jù)共享服務等。

2數(shù)據(jù)中心能耗管理研究進展

2.1數(shù)據(jù)中心能耗

數(shù)據(jù)中心能耗降低的重點在于減小空調(diào)系統(tǒng)和 UPS 供電系統(tǒng)的能耗。

數(shù)據(jù)中心熱島效應，造成大量的能量損耗; 空調(diào)分布位置和控制策略不合理，導致空調(diào)制冷效率低。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測系統(tǒng)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)進行說明。

(1)能源動力監(jiān)測系統(tǒng) 對市電、蓄電池、UPS供電系統(tǒng)進行監(jiān)測，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心UPS控制策略優(yōu)化。該算法在不影響電池使用壽命的前提下，可以平衡本地電網(wǎng)和可再生能源電力。實際數(shù)據(jù)表明: 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負載和運行環(huán)境相同的條件下，使用UPS控制策略可將UPS系統(tǒng)運行成本降低40%。

（2）數(shù)據(jù)中心節(jié)能效果顯著。

（3）安防預警系統(tǒng)一般采用門禁、視頻監(jiān)控等方式對數(shù)據(jù)中心各個系統(tǒng)崩潰、二級警告為各個系統(tǒng)性能的降低等。

（4）數(shù)據(jù)中心審核系統(tǒng)( Cloud Data Center Analysis System，CDCAS)。該系統(tǒng)包含一個受動態(tài)規(guī)則控制的自治代理模型和日志分析模型，收集服務日志、安全日志和防火墻日志等，通過安全控制策略對非法行為進行阻止和警告，并將動態(tài)安全報告提交給用戶。

基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測系統(tǒng)可以提供較好的監(jiān)測服務，但監(jiān)測系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)程度低，缺乏信息的統(tǒng)一管理和靈活調(diào)度。

2.3基于電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心能耗管理設計

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為數(shù)據(jù)中心綜合系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

該數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其架構(gòu)如圖4所示。

該架構(gòu)對各種信息數(shù)據(jù)進行整合，實現(xiàn)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的一體化，提升數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)存儲、終端設備等的安全系數(shù)。

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)可以分為“云、管、邊、端”4部分。

（1）“云” 采用虛擬化技術(shù)為用戶提供遠程資源。資源的合理化分配不僅提高了服務質(zhì)量，而且降低了計算所帶來的能量消耗。文獻提出了一種新型的合并算法和虛擬化技術(shù)，減少了 數(shù)據(jù)中心的整體能耗。此外，為保證數(shù)據(jù)信息安全，云加密技術(shù)的應用也至關(guān)重要。文獻設計了一種基于分布式環(huán)境密鑰的加密系統(tǒng)，使用一個從多個匹配密鑰派生的加密密鑰對所有文件進行加密，能夠抵御數(shù)據(jù)泄露、竊聽攻擊和模擬攻擊。

（2）“管” 邊緣設備與云平臺的數(shù)據(jù)傳輸通道。根據(jù)網(wǎng)絡架構(gòu)對多網(wǎng)絡協(xié)議和通信方式進行融合，得到新型的一體化通信網(wǎng)絡。在新型數(shù)據(jù)中心的實

時監(jiān)測能力，降低了數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測的難度。

（3）“邊” 提供邊緣計算的分布式智能代理。終端設備的不斷智能化發(fā)展，致使終端數(shù)據(jù)量大幅增長。邊緣計算減輕了云服務平臺的任務量，減少了數(shù)據(jù)上傳所需要的帶寬。邊緣設備可對終端的部分請求做出及時應答，在用戶側(cè)進行分布式計算，就近提供決策服務，縮短了“請求/應答”的距離，減少了通信帶來的能量消耗。在數(shù)據(jù)中心應用場景中，由于智能終端節(jié)點相對固定，可通過部署一定數(shù)量和*佳位置的邊緣設備達到網(wǎng)絡延遲*小化。文獻采用K－means 聚類算法確定邊緣設備的部署數(shù)量和*優(yōu)位置，且考慮智能終端與邊緣設備的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)了終端任務完成時間*小化的目標。實驗數(shù)據(jù)表明，在滿足智能終端服務質(zhì)量的前提下，基于K－means聚類部署算法選擇的邊緣服務器部署數(shù)量*佳，系統(tǒng)完成任務的平均時間為4.58s。

（4）“端”狀態(tài)感知和執(zhí)行控制命令的智能終端設備。在數(shù)據(jù)中心應采用合理的智能終端調(diào)度方案，提高智能終端協(xié)同完成任務的能力。文獻采用自適應多種群協(xié)同差分進化算法求解傳感器調(diào)度方案，提高傳感器協(xié)同能力。實驗結(jié)果表明，該方案可有效調(diào)度多傳感器，應對多任務需求。

基于電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心的整體能耗。此外，在運行維護方面，智能化的巡檢設備大幅提高了運行維護效率，減少了維護成本。

2.4研究進展

為解決電力設備數(shù)量龐大、分布范圍廣、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以對數(shù)據(jù)進行有效管理等問題，本團隊開展了低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)( Low Power Wide Area Network，LPWAN)與邊緣計算融合的相關(guān)研究，構(gòu)建“云、管、邊、端”一體化管控的平臺架構(gòu)。其中，LPWAN技術(shù)與邊緣計算融合，已應用于電力設備環(huán)境監(jiān)測，其應用場景示意如圖5所示。采用LPWAN技術(shù)，可使環(huán)境監(jiān)測節(jié)點靈活部署，構(gòu)建廣泛的監(jiān)測網(wǎng)絡;采用分布式邊緣網(wǎng)關(guān)對電力設備終端數(shù)據(jù)進行分析和處理，提高了電力巡檢的效率。

此外，本研究團隊在已構(gòu)建的電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心能耗管理進行優(yōu)化。

3高校綜合能效解決方案

3.1校園電力監(jiān)控與運維

集成設備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

3.2后勤計費管理

采用先進的網(wǎng)絡抄表付費管理技術(shù)，實現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費，實現(xiàn)遠程抄表、費率設置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過能源付費管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

3.2.1宿舍用電管理

針對學生宿舍用電進行管理控制：可批量下發(fā)基礎用電額度和定時通斷功能；可進行惡性負載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。

3.2.2商鋪水電收費

針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進行預付費管理。

3.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應用管理同樣是校園生活服務中必不可缺的一部分。

3.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時開關(guān)、強制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。

3.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類進行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學類建筑耗電、學生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節(jié)能目的。

3.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監(jiān)控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知、識別、定位，實時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

結(jié)束語

電力物聯(lián)網(wǎng)建設對于電力行業(yè)發(fā)展具有重大的價值和意義。基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設的數(shù)據(jù)中心建設提供了參考，為后續(xù)研究指明了方向。

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審核編輯 黃宇