淺析基于電力無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心能耗管理研究及平臺(tái)應(yīng)用

摘  要：電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)支撐了電網(wǎng)業(yè)務(wù)與新興業(yè)務(wù)的發(fā)展，并將進(jìn)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(shè)，數(shù)據(jù)中心可實(shí)現(xiàn)在線設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)化的統(tǒng)一能耗管理，改善傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的設(shè)備分布不合理、監(jiān)測(cè)設(shè)備冗雜等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題進(jìn)行梳理，構(gòu)建了基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心整體設(shè)備的互聯(lián)互通，降低了數(shù)據(jù)中心的整體能耗。*后對(duì)新型數(shù)據(jù)中心的發(fā)展進(jìn)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(cè)系統(tǒng); 節(jié)能

0引言

數(shù)據(jù)中心是提供數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著數(shù)字化進(jìn)程的不斷發(fā)tivenes，PUE) ，作為評(píng)估數(shù)據(jù)中心能耗水平的重要標(biāo)準(zhǔn)( 即數(shù)據(jù)中心總體能耗量與IT設(shè)備能耗量之比) ，數(shù)值越接近1，表明數(shù)據(jù)中心的能源利用率和節(jié)能水平越。我國(guó)數(shù)據(jù)中心的PUE值較( 大多在2 ～ 3 之間) ，針對(duì)這種現(xiàn)狀，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心的PUE值需要降低，如上海市提出新建數(shù)據(jù)中心PUE值應(yīng)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)中心能耗帶來(lái)了新的發(fā)展方向，為國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)行提供了安全的保障，構(gòu)建了科學(xué)合理的電力通信網(wǎng)絡(luò)。與現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)絡(luò)不同，電力物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)輸配電的各個(gè)環(huán)節(jié)、各種設(shè)備和不同的電力業(yè)務(wù)進(jìn)行全面的感知，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，打造安全、開放、共享的服務(wù)平臺(tái)?；陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心能耗管理可以為電力用戶提供更質(zhì)量的服務(wù)。

本文首先分析了目前數(shù)據(jù)中心能耗管理的節(jié)能手段、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和相關(guān)算法的研究進(jìn)展; 然后根據(jù)電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)，從“云、管、邊、端"角度分析了數(shù)據(jù)中心能耗管理的優(yōu)化方向; *后提出了數(shù)據(jù)中心能耗管理的未來(lái)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(shè)備、用戶的全狀態(tài)感知以及全業(yè)務(wù)穿透的強(qiáng)大能力，具有以下3個(gè)特征。一是信息感知全面、組網(wǎng)迅速。其網(wǎng)絡(luò)層可實(shí)現(xiàn)多模多制式的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)融合，全面覆蓋、連接感知傳感器和電力設(shè)施，全面檢測(cè)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(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤的*效果。二是信息整合度，通信方式簡(jiǎn)潔。泛在物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)有效地融合聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)，以簡(jiǎn)化、提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(shì)頭。其中傳感與通信設(shè)備能夠以多跳的方式進(jìn)行無(wú)線通信，從而縮短物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的通信距離; 而通信網(wǎng)絡(luò)中包含的多條通信鏈路使通信具有靈活性和容錯(cuò)性。三是拓?fù)湫问蕉鄻?，具備一定自我修?fù)能力。拓?fù)渥兓l繁是根據(jù)電力資源網(wǎng)分布安裝要求，為節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)備維修投入而對(duì)傳感器進(jìn)行定時(shí)休整變動(dòng)，主要解決長(zhǎng)時(shí)間工作運(yùn)行導(dǎo)致的傳感設(shè)備問(wèn)題。但拓?fù)渥兓粫?huì)影響傳感器的效運(yùn)行，其所具備的智能修復(fù)系統(tǒng)可自主檢查，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息調(diào)整修復(fù)。

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(luò)層、平臺(tái)層與應(yīng)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(chǔ)，一般包含先進(jìn)傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)及邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)，裝配有低功耗傳感器和智能終端以采集多種數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行全面感知。網(wǎng)絡(luò)層是電力物聯(lián)網(wǎng)的信息載體，包含物聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)與信息安全技術(shù)，用于信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸通道，提數(shù)據(jù)傳輸速度，保證數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)上傳可采用以太網(wǎng)、5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信等方式。平臺(tái)層是電力物聯(lián)網(wǎng)的核心樞紐，包括物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心及一體化云平臺(tái)等，重在實(shí)現(xiàn)電力終端物聯(lián)管理、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘及效處理數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用層是電力物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)層，分為對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)和對(duì)外業(yè)務(wù)。對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)包括提客戶服務(wù)水平、提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效、提升電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性、提升新能源滲透和消納等; 對(duì)外業(yè)務(wù)包括建設(shè)綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)、建設(shè)綜合能源生態(tài)環(huán)境、建立數(shù)據(jù)共享服務(wù)等。

2數(shù)據(jù)中心能耗管理研究進(jìn)展

2.1數(shù)據(jù)中心能耗

數(shù)據(jù)中心能源利用效率可采用PUE值進(jìn)行綜合評(píng)估。根據(jù)美國(guó)采暖制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)技術(shù)委員會(huì)9.9( 簡(jiǎn)稱 TC9.9) 統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，數(shù)據(jù)中心總能耗可分為IT設(shè)備能耗、空調(diào)系統(tǒng)能耗、UPS( Uniterruptible Powr Supply) 供電系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗和其他能耗，各部分能耗占比如圖2所示。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)中心能耗降低的重點(diǎn)在于減小空調(diào)系統(tǒng)和 UPS 供電系統(tǒng)的能耗。

數(shù)據(jù)中心能耗的原因主要為: 未采用合理的UPS控制策略，導(dǎo)致供電系統(tǒng)耗能嚴(yán)重; 數(shù)據(jù)中心機(jī)柜的不合理分布，容易形成數(shù)據(jù)中心熱島效應(yīng)，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(dǎo)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(cè)系統(tǒng)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，本文對(duì)能源動(dòng)力監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

(1)能源動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 對(duì)市電、蓄電池、UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)動(dòng)。監(jiān)測(cè)參數(shù)一般為電池溫度、電池電量、負(fù)載功率、輸出功率，根據(jù)上述參數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常進(jìn)行判斷。文獻(xiàn)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)安裝小型化終端設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)對(duì)象包括電源電壓、電流和電源周圍環(huán)境溫度狀況。該設(shè)計(jì)已成功運(yùn)用于馬來(lái)西亞國(guó)立*大學(xué)數(shù)據(jù)中心。良好的控制策略可大幅降低UPS系統(tǒng)的能量損耗。美國(guó)丹佛大學(xué)的MAH等人提出了一種基于模糊聚類的Niche遺傳算法，用于數(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(shí)際數(shù)據(jù)表明: 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載和運(yùn)行環(huán)境相同的條件下，使用UPS控制策略可將UPS系統(tǒng)運(yùn)行成本降低40%。

（2）數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煙霧、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。SCHEＲEＲT提出使用低成本傳器跟蹤數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵位置的溫度，并通過(guò)數(shù)據(jù)中心無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)( Data Center Wireless Sensor Network，DCWSN) 將捕獲的信息轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)視客戶端。DCWSN已成功在數(shù)據(jù)中心部署。對(duì)于數(shù)據(jù)中心溫度可視化問(wèn)題，文獻(xiàn)通過(guò)收集溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，使用Kriging插值算法得到數(shù)據(jù)中心整體的溫度分布狀況。該設(shè)計(jì)已應(yīng)用于浙江某集團(tuán)公司 的數(shù)據(jù)中心，其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果十分接近。該設(shè)計(jì)通過(guò)數(shù)據(jù)中心的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果，可追蹤到能耗柜的準(zhǔn)確位置，從而對(duì)機(jī)柜位置進(jìn)行調(diào)整，使數(shù)據(jù)中心機(jī)柜和空調(diào)的空間位置合理化，避免形成數(shù)據(jù)中心熱島效應(yīng)，降低了數(shù)據(jù)中心能耗。文獻(xiàn) 在空調(diào)通風(fēng)口處布置溫濕度傳感器，設(shè)計(jì)多層智能溫控算法，實(shí)現(xiàn)空調(diào)開啟、關(guān)閉的自動(dòng)化控制，從而節(jié)約了能源消耗，使空調(diào)能耗占總能耗比例由40%降低至30%左右。文獻(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)傳感器采集信息形成溫度與濕度的三維視圖。該系統(tǒng)根據(jù)單個(gè)機(jī)柜的需求調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的氣流、溫度和濕度，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的空調(diào)制冷。該設(shè)計(jì)方案在威海市數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心節(jié)能*。

（3）安防預(yù)警系統(tǒng)一般采用門禁、視頻監(jiān)控等方式對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)中的安防預(yù)警系統(tǒng)著重設(shè)計(jì)了紅外對(duì)射圖像和紅外移動(dòng)偵測(cè)圖像，每一圖像采集節(jié)點(diǎn)設(shè)置*的ID標(biāo)識(shí)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的控制指令調(diào)整相關(guān)參數(shù)。該設(shè)計(jì)采用了低功耗的感知設(shè)備，并對(duì)指令數(shù)據(jù)包進(jìn)行細(xì)致分析、對(duì)采樣點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行定義。文獻(xiàn)建立門禁、影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，方便管理人員查詢安全監(jiān)測(cè)歷時(shí)數(shù)據(jù); 系統(tǒng)會(huì)對(duì)異常報(bào)警位置做出標(biāo)識(shí)，并將警告分成4個(gè)等級(jí)，例如一級(jí)警告為整個(gè)數(shù)據(jù)中心各個(gè)系統(tǒng)崩潰、二級(jí)警告為各個(gè)系統(tǒng)性能的降低等。

（4）數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部交換機(jī)、路由器、防火墻和服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的CPU、磁盤和內(nèi)存等狀態(tài)參數(shù)。文獻(xiàn)提出一種云數(shù)據(jù)中心審核系統(tǒng)( Cloud Data Center Analysis System，CDCAS)。該系統(tǒng)包含一個(gè)受動(dòng)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(wù)日志、安全日志和防火墻日志等，通過(guò)安全控制策略對(duì)非法行為進(jìn)行阻止和警告，并將動(dòng)態(tài)安全報(bào)告提交給用戶。

基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提供較好的監(jiān)測(cè)服務(wù)，但監(jiān)測(cè)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(shè)計(jì)

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展提供了新方向，其相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段。文獻(xiàn)對(duì)智慧能源站數(shù)據(jù)中心能耗管理進(jìn)行了研究，在供電方面，智慧能源站采用壓直流供電，并對(duì)站內(nèi)用電設(shè)備的配電方式進(jìn)行統(tǒng)一管理和綜合調(diào)度;在制冷方面，采用磁懸浮制冷技術(shù); 在監(jiān)測(cè)管理方面，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并采用B /S管理方式，工作人員可查看相關(guān)設(shè)備的工作狀況和參數(shù)。文獻(xiàn)中的能源站數(shù)據(jù)中心綜合系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

該數(shù)據(jù)中心綜合系統(tǒng)僅包含數(shù)據(jù)采集層、管理應(yīng)用層和輔助決策層。數(shù)據(jù)采集層采集的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，再由管理應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，*終輔助決策層對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析。顯然，該管理系統(tǒng)難以對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理分析，難以保證實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)。因此，本文提出基于電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，其架構(gòu)如圖4所示。

該架構(gòu)對(duì)各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的一體化，提升數(shù)據(jù)中心的整體效率; 加入邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的就近處理，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)時(shí)服務(wù); 采用大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的快速遷移和快速響應(yīng)，大大減少冗余性服務(wù); 大幅提了數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、終端設(shè)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(yuǎn)程資源。資源的合理化分配不僅提了服務(wù)質(zhì)量，而且降低了計(jì)算所帶來(lái)的能量消耗。文獻(xiàn)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)中心所需的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量。仿真結(jié)果表明，采用新型合并算法和虛擬化技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心資源合理整合可以獲得顯著的節(jié)能效果。“云"可以為用戶提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和計(jì)算任務(wù)遷移能力，可對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，并將計(jì)算結(jié)果回傳給用戶。在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)中心綜合管理平臺(tái)、空調(diào)照明遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)配置管理、用戶權(quán)限管理、控制策略等都屬于“云"的范疇?！霸?通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)整合和深度挖掘，給出*優(yōu)化的控制策略，從而降低數(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(yīng)用也至關(guān)重要。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種基于分布式環(huán)境密鑰的加密系統(tǒng)，使用一個(gè)從多個(gè)匹配密鑰派生的加密密鑰對(duì)所有文件進(jìn)行加密，能夠抵御數(shù)據(jù)泄露、*攻擊和模擬攻擊。 

（2）“管" 邊緣設(shè)備與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸通道。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信方式進(jìn)行融合，得到新型的一體化通信網(wǎng)絡(luò)。在新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，一體化通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心全覆蓋，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心各類終端設(shè)備的即插即用，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源的整體、合理、靈活的調(diào)度與管理; 采用加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｎ墨I(xiàn)采用級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)( Advanced Encryp tiopn Standard，AES) 加密算法保障數(shù)據(jù)報(bào)文的保密傳輸，并結(jié)合混沌密碼學(xué)，優(yōu)化密碼系統(tǒng)的密鑰管理及分配方式，提通信網(wǎng)絡(luò)的安全性能。數(shù)據(jù)中心一體化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，提了數(shù)據(jù)中心的實(shí)

時(shí)監(jiān)測(cè)能力，降低了數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測(cè)的難度。

（3）“邊" 提供邊緣計(jì)算的分布式智能代理。終端設(shè)備的不斷智能化發(fā)展，致使終端數(shù)據(jù)量大幅增長(zhǎng)。邊緣計(jì)算減輕了云服務(wù)平臺(tái)的任務(wù)量，減少了數(shù)據(jù)上傳所需要的帶寬。邊緣設(shè)備可對(duì)終端的部分請(qǐng)求做出及時(shí)應(yīng)答，在用戶側(cè)進(jìn)行分布式計(jì)算，就近提供決策服務(wù)，縮短了“請(qǐng)求/應(yīng)答"的距離，減少了通信帶來(lái)的能量消耗。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景中，由于智能終端節(jié)點(diǎn)相對(duì)固定，可通過(guò)部署一定數(shù)量和*佳位置的邊緣設(shè)備達(dá)到網(wǎng)絡(luò)延遲*小化。文獻(xiàn)采用K－means 聚類算法確定邊緣設(shè)備的部署數(shù)量和*優(yōu)位置，且考慮智能終端與邊緣設(shè)備的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)了終端任務(wù)完成時(shí)間*小化的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在滿足智能終端服務(wù)質(zhì)量的前提下，基于K－means聚類部署算法選擇的邊緣服務(wù)器部署數(shù)量*佳，系統(tǒng)完成任務(wù)的平均時(shí)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(shè)備。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景中，根據(jù)感知節(jié)點(diǎn)功能的不同，分為溫濕度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、煙霧監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、能源動(dòng)力監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、射頻識(shí)別(Ｒadio Frequency Identification，ＲFID) 標(biāo)簽、紅外圖像節(jié)點(diǎn)等。由于各類節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)不同，因此其終端設(shè)備響應(yīng)時(shí)間不同。感知節(jié)點(diǎn)采用小型化、低功耗的智能終端設(shè)備，可降低數(shù)據(jù)中心能耗。如文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的低功耗溫度采集終端，在正常工作下消耗電流不大于 700μA，休眠狀態(tài)時(shí)功耗電流不大于12μA。此外，數(shù)據(jù)中心應(yīng)采用合理的智能終端調(diào)度方案，提智能終端協(xié)同完成任務(wù)的能力。文獻(xiàn)采用自適應(yīng)多種群協(xié)同差分進(jìn)化算法求解傳感器調(diào)度方案，提傳感器協(xié)同能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可有效調(diào)度多傳感器，應(yīng)對(duì)多任務(wù)需求。

基于電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)整合，減少了冗余的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)和服務(wù)器的數(shù)量，從而降低了數(shù)據(jù)中心的整體能耗。此外，在運(yùn)行維護(hù)方面，智能化的巡檢設(shè)備大幅提了運(yùn)行維護(hù)效率，減少了維護(hù)成本。

2.4研究進(jìn)展

為解決電力設(shè)備數(shù)量龐大、分布范圍廣、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理等問(wèn)題，本團(tuán)隊(duì)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(jì)算融合的相關(guān)研究，構(gòu)建“云、管、邊、端"一體化管控的平臺(tái)架構(gòu)。其中，LPWAN技術(shù)與邊緣計(jì)算融合，已應(yīng)用于電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測(cè)，其應(yīng)用場(chǎng)景示意如圖5所示。采用LPWAN技術(shù)，可使環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)靈活部署，構(gòu)建廣泛的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò);采用分布式邊緣網(wǎng)關(guān)對(duì)電力設(shè)備終端數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提了電力巡檢的效率。

此外，本研究團(tuán)隊(duì)在已構(gòu)建的電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上，開展與數(shù)據(jù)中心溫度可視化和數(shù)據(jù)中心溫度預(yù)測(cè)的相關(guān)調(diào)研; 隨后將開展數(shù)據(jù)中心熱島效應(yīng)和數(shù)據(jù)中心溫度預(yù)測(cè)的算法編寫與優(yōu)化，依托熱島效應(yīng)圖和溫度預(yù)測(cè)模型，對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗管理進(jìn)行優(yōu)化。

3校綜合能效解決方案

3.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

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

3.2后勤計(jì)費(fèi)管理

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計(jì)匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過(guò)能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識(shí)。

3.2.1宿舍用電管理

針對(duì)學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；可進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別，檢測(cè)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(fèi)

針對(duì)校園超市、商鋪、食堂及其他針對(duì)個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理。

3.2.3充電樁管理平臺(tái)

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充"信息能源結(jié)構(gòu)中是必*。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必*一部分。

3.2.4智能照明管理

通過(guò)對(duì)校路燈的全局監(jiān)測(cè)，提供對(duì)路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個(gè)路燈的定時(shí)開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和效節(jié)能。

3.3能源管理系統(tǒng)

針對(duì)校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對(duì)數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提管理效能。

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(kù)，能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測(cè)能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

3.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺(tái)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測(cè)器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識(shí)別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過(guò)平臺(tái)直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過(guò)手機(jī)短信、語(yǔ)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(dá)相關(guān)人員。

4.平臺(tái)部署硬件選型

4.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺(tái)

4.2后勤計(jì)費(fèi)管理

4.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺(tái)

應(yīng)用場(chǎng)景	型號(hào)	圖        片	保護(hù)功能
預(yù)付費(fèi)云平臺(tái)	AcrelCloud-3200		系統(tǒng)為B/S架構(gòu)，主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù)，配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列，實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。
智能數(shù)據(jù)采集	Anet系列		8個(gè)RS485串口2kV隔離，2個(gè)以太網(wǎng)接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協(xié)議、支持多中心不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，裝置電源:220VAC/DC。
	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊,可擴(kuò)展16路。
	ABox5000		多路RS485接口，能對(duì)多種終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 支持網(wǎng)口通過(guò)ModbusTcp協(xié)議采集其它系統(tǒng)或設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)提供6路DC12/24V電壓輸出接口支持4級(jí)遙測(cè)越限告警，遙信變位告警功能支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能，實(shí)時(shí)檢測(cè)，防止數(shù)據(jù)丟失
計(jì)量及預(yù)付費(fèi)儀表	DDSY1352-Z		·全電參量測(cè)量：U、1、P、Q、S、PF ·預(yù)付費(fèi)功能：可設(shè)置欠費(fèi)蔬閘功能，除欠用電功能 ·惡性負(fù)數(shù)識(shí)別，作息時(shí)間 ·RS-485通訊接口，MODBUS或DL／T645規(guī)約 ·具有CPA證書
	DTSY1352-Z		.全電參量測(cè)量：U、1、P、Q、S、PF ·不平衡度、2-31次請(qǐng)波測(cè)量 .數(shù)據(jù)凍結(jié)功能 ·精度0.5S級(jí)電能計(jì)量 ·預(yù)付費(fèi)功能 ·惡性負(fù)載識(shí)別，作息時(shí)間管理 ·RS-485通訊接口，MODBUS或DL／T645規(guī)約 ·具有CPA證書
	ADW300		支持多種通訊方式：支持RS-485，NB-loT、LoRa、WIFI及4G通訊 支持多種規(guī)格外置開口式互感器，方便改造項(xiàng)目接線 支持多路DUDO、溫度、漏電監(jiān)測(cè) ·具有電能質(zhì)量分析和需量統(tǒng)計(jì)功能 ·具有CPA證書
	DDSY1352-xDM		一進(jìn)多出，可實(shí)現(xiàn)宿舍照明，插座、空調(diào)，衛(wèi)生間等用電分路計(jì)量和控制 ·諧波1％（2-42），2％（43-63） ·全電參量測(cè)量：U、1、P、Q、S、PF ABox5000數(shù)據(jù)融合終端 ·預(yù)付費(fèi)功能：基礎(chǔ)用電下發(fā) ·支持網(wǎng)口通過(guò)ModbusTcp協(xié)議采集其它系統(tǒng)或設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù) 多路RS485撞口，能對(duì)多種終瑞設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ·惡性負(fù)載識(shí)別：阻性負(fù)載識(shí)別、相位插座識(shí)別、夜間小功率載跳閘記錄 ·提供6路DC12／24V電壓輸出接口 ·作息時(shí)間管理
	ADF400系列		支持12路三相或36路單相組合計(jì)量，可單三相混用，直接接入與互感器接入混用： 全電參量測(cè)量：U、1、P、Q、S、PF ·精度0.5S級(jí)電能計(jì)量 ·預(yù)付費(fèi)功能 ·惡性負(fù)載識(shí)別，作息時(shí)間管理
	LXSY系列		·預(yù)付費(fèi)功能∶∶先買水后用水，欠費(fèi) 關(guān)闖 遠(yuǎn)傳功能支持總線通訊和物聯(lián)網(wǎng) 通訊 雙顯功能電子顯示和機(jī)械字輪顯 示 閥門自動(dòng)維護(hù)、IP68防防護(hù)ENC測(cè)試達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、克服環(huán)境 電磁干擾影響，穩(wěn)定性強(qiáng)
中壓產(chǎn)品	AM系列綜合保護(hù)裝置		·具有級(jí)強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理，邏輯造算和信息存儲(chǔ)能力，可為35kY及以下電壓等級(jí)的進(jìn)線，饋線、變壓器，壓電動(dòng)機(jī)，壓電容器等對(duì)象提供過(guò)負(fù)荷、低電壓、過(guò)電壓、熱過(guò)載、非電量等保護(hù)功能，防止事故擴(kuò)大，降低價(jià)值設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無(wú)功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓／電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)／閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊 2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口，支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。
智能儀表及用電監(jiān)控裝置	APM系列		全電量測(cè)量，四象限電能，復(fù)費(fèi)率電能，儀表內(nèi)部溫度測(cè)量，總有功、總無(wú)功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率實(shí)時(shí)需量(包含時(shí)間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月值和上月值(包含時(shí)間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級(jí)。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網(wǎng)
	AEM系列		三相電力參數(shù)測(cè)量、電壓和電流的相角、四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率、需量、歷史電能統(tǒng)計(jì)、開關(guān)量事件記錄、歷史值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關(guān)量、報(bào)警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協(xié)議
	ARCM系列		ARCM系列電氣火災(zāi)探測(cè)器可對(duì)配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)施監(jiān)控和管理，集成度，體積小巧，安裝方便，防范因泄漏電流而導(dǎo)致的電氣火災(zāi).

4.2.2充電樁管理平臺(tái)

4.2.3智能照明管理

4.3能源管理系統(tǒng)

4.4智慧消防系統(tǒng)

4.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5結(jié)束語(yǔ)

電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)對(duì)于電力行業(yè)發(fā)展具有重大的價(jià)值和意義。基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心能耗管理旨在更好地服務(wù)電網(wǎng)的各類業(yè)務(wù)，快速提供決策方案，提升電網(wǎng)的整體運(yùn)行水平，為用戶帶來(lái)更加人性化的服務(wù)。本文通過(guò)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架，對(duì)數(shù)據(jù)中心的各個(gè)方面進(jìn)行了節(jié)能分析，為基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)下的數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了參考，為后續(xù)研究指明了方向。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李康，李欣，張子凡，龐成鑫.基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心能耗管理研究［J］上海電力大學(xué),2021,6(37):241-246.

【2】何士爽.綠色互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能方案［J］.電信技術(shù)，2012(3)：61-63．

【3】安科瑞校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.