在數(shù)據(jù)服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心需求激增的背景下，精確功率測量的重要意義

隨著數(shù)字化進(jìn)程以史無前例的速度推進(jìn)，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，推動著數(shù)據(jù)中心的需求不斷上升，并進(jìn)一步擴(kuò)大其在數(shù)據(jù)存儲基礎(chǔ)設(shè)施中的作用。與此同時，氣候保護(hù)法規(guī)與資源節(jié)約要求的不斷加強，也帶來了雙重挑戰(zhàn)：一方面要全面提升IT 基礎(chǔ)設(shè)施的性能，另一方面還需提升其能源效率。這一挑戰(zhàn)涵蓋從整個數(shù)據(jù)中心的供電、單個機房的配電，直到服務(wù)器與組件級別，既影響組件制造商，也影響數(shù)據(jù)中心運營方。在這樣的背景下，精確的功率測量變得日益關(guān)鍵，成為保障能效、運行可靠性與經(jīng)濟(jì)可行性的核心要素。為應(yīng)對這一需求，我們提供了針對行業(yè)需求量身打造的測量設(shè)備與解決方案。

作者：ZES ZIMMER Electronic Systems GmbH 業(yè)務(wù)發(fā)展主管Patrick Fuchs

最新報告顯示，2025 年對數(shù)據(jù)中心的需求將持續(xù)上升。根據(jù)JLL Research（https://www.jll.com.au/en/trends-andinsights/research/data-center-outlook）的數(shù)據(jù)，全球?qū)涌傆?0GW連接負(fù)載的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，其中7GW預(yù)計將在年內(nèi)完工。由此產(chǎn)生了對能源供給的巨大需求，同時仍需堅守全球氣候保護(hù)目標(biāo)與資源節(jié)約承諾。盡管能源來源的討論仍存在爭議，但業(yè)界普遍認(rèn)同提升數(shù)據(jù)中心能源效率的必要性。本文將深入探討這一關(guān)鍵議題，并分析在哪些核心應(yīng)用領(lǐng)域中，精確的功率與能量測量能夠有效應(yīng)對現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心在法規(guī)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境方面的能耗挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)服務(wù)器的電源與不間斷電源系統(tǒng)：聚焦能效
涵蓋從低功率到高功率等級的服務(wù)器電源在決定數(shù)據(jù)中心的能耗、散熱與運行成本方面起著關(guān)鍵作用。越來越緊湊的設(shè)計推動了更高的系統(tǒng)密度，并通過冗余電源單元提高了可靠性。因此，數(shù)據(jù)中心運營商日益傾向于采用符合最高能效標(biāo)準(zhǔn)的電源方案。

在美國，能源之星ENERGY STAR 環(huán)保認(rèn)證規(guī)定服務(wù)器電源必須至少滿足 80 PLUS 銀牌認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。為保持技術(shù)領(lǐng)先，電源制造商不斷創(chuàng)新功率電子技術(shù)，力求達(dá)到或超越如80 PLUS 鈦金牌等更高等級的認(rèn)證，其在50% 負(fù)載下的峰值效率可達(dá)96%。

為滿足開發(fā)和測試階段的效率測量需求，我們提供了LMG600系列高精度功率分析儀，該系列儀器被廣泛用于評估、優(yōu)化并驗證電源產(chǎn)品的能效。在測試中重點評估不同負(fù)載條件下輸入與輸出功率的關(guān)系。如下圖所示，為使用LMG641功率分析儀對服務(wù)器電源進(jìn)行效率測量的示意圖。

針對不同測量對象在精度、帶寬、采樣率、窄帶寬與寬帶寬同步測量等方面的需求，我們提供以下高性能測量通道：

· LMG600 B 通道：適用于通用測量，精度±( 0.05%讀數(shù) +0.02%量程)，帶寬500 kHz，采樣率150 kS/s
· LMG600 S 通道：適用于高精度寬帶測量，并優(yōu)化直流精度，精度±( 0.015%讀數(shù) + 0.01%量程)，帶寬10 MHz，采樣率1.21 MS/s

LMG600 系列功率分析儀支持模塊化配置這些通道，適合單相或多相測量，測量范圍最高可達(dá)32 A(rms) 與1000 V(rms)。

對于大電流測量，我們提供PCT 系列高精度電流傳感器，支持上千安的測量，適用于高功率電源和大容量UPS電池的能效評估。

確保數(shù)據(jù)服務(wù)器符合法規(guī) – LMG Test Suite 助力合規(guī)之路
各國政府和地區(qū)組織在國家或歐盟層面設(shè)定了能源效率目標(biāo)，推動制定符合當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)。數(shù)據(jù)中心與服務(wù)器必須在盡可能節(jié)能和對氣候友好的條件下運行，以確保合規(guī)。例如，歐盟要求安裝的數(shù)據(jù)服務(wù)器需具備符合EMC 標(biāo)準(zhǔn)（EN/ IEC 61000-3）與能耗測量標(biāo)準(zhǔn)（EN 50564）的CE合規(guī)性聲明（EU Declaration of Conformity）。

為確保認(rèn)證合規(guī)，必須進(jìn)行可靠的測試。我們?yōu)長MG600 功率分析儀配套提供的LMG Test Suite 軟件，可在PC 端進(jìn)行合規(guī)測試，評估包括諧波、功率因數(shù)、電壓波動與待機功耗等在內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)：

·EN/IEC 61000-3-2 / -12（諧波限值）
·EN/IEC 61000-3-3 / -11（電壓波動與閃爍）
·IEC 62301 / EN 50564（待機功耗）

LMG600 功率分析儀符合諧波（EN/IEC 61000-4-7）與閃爍測試（EN/IEC 61000-4-15）標(biāo)準(zhǔn)。同時，針對合規(guī)測試，我們提供專用的高精度測量通道：

· LMG600 C 通道：專為50/60Hz 合規(guī)測試設(shè)計，精度±(0.03%讀數(shù) + 0.01%量程)，帶寬10 kHz，采樣率150 kS/s

優(yōu)化服務(wù)器運行中的系統(tǒng)能效：SPECpower 基準(zhǔn)測試
為了快速、可靠地處理大量數(shù)據(jù)，服務(wù)器通常采用多核CPU結(jié)構(gòu)。隨著計算負(fù)載的變化，電源效率也隨之變化，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的能效隨運行模式波動。能效通常表示為每瓦功耗的系統(tǒng)性能，即每瓦性能（Performance per Watt）。

為了持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)運行效率，數(shù)據(jù)中心管理者需根據(jù)負(fù)載特性選擇和驗證服務(wù)器硬件，提升在實際工作周期內(nèi)的平均性能功耗比。為此，SPEC（Standard Performance Evaluation Corporation）旗下的SPECpower 委員會推出了SPECpower_ssj2008 基準(zhǔn)測試，用于標(biāo)準(zhǔn)化地評估服務(wù)器在不同負(fù)載下的能效表現(xiàn)。

ZES ZIMMER 的LMG600 系列功率分析儀是SPEC 官方認(rèn)證支持的設(shè)備之一。如下為代表性的測量設(shè)置示意圖。

MG611 的基準(zhǔn)測試結(jié)果可用于作為當(dāng)前能效水平的評估基礎(chǔ)，向國家監(jiān)管機構(gòu)進(jìn)行報告。在德國以及整個歐盟范圍內(nèi)，這一結(jié)果尤其適用于強制性的數(shù)據(jù)中心能源消耗申報，即提交至數(shù)據(jù)中心能效登記系統(tǒng)（Energy Efficiency Register for Data Centers）。借助SPECpower 基準(zhǔn)測試以及我們的LMG600 系列功率分析儀，數(shù)據(jù)中心運營商擁有了一套經(jīng)過驗證的測量解決方案，能夠高效滿足各類法規(guī)合規(guī)要求。

高效變壓器：通過降低功耗提升PUE
數(shù)據(jù)中心的負(fù)載通常呈現(xiàn)非線性特征（如服務(wù)器、配電單元PDU、變頻器等），這對接入電網(wǎng)的變壓器提出了挑戰(zhàn)。若未有效抑制諧波電流，變壓器負(fù)載率增高，運行效率降低，影響數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵能效指標(biāo)PUE（Power Usage Effectiveness）。

盲目增大變壓器容量并非經(jīng)濟(jì)可行之道，反而會提高空載損耗。因此，DOE 2016（美國能源部）與歐盟生態(tài)設(shè)計指令（Ecodesign Tier 2）等法規(guī)已規(guī)定需采用高效變壓器（如采用非晶合金鐵芯、具備K-13 諧波承受能力的）。這些變壓器在50%-75% 負(fù)載范圍內(nèi)效率可達(dá)99.5% 以上，并有效抑制諧波。

如此低的功耗對測試設(shè)備提出極高要求。ZES ZIMMER 的LMG671 分析儀（配合A 或S 通道）可提供所需的測量精度、帶寬與諧波分析能力。此外，其PSI 接口可連接溫度傳感器，在變壓器短路測試中進(jìn)行溫漂補償（用于銅損測量），并通過內(nèi)置腳本編輯器自動處理測試流程。

我們還提供高精度的電流與電壓傳感器（如PCT 系列電流傳感器與HST 高壓分壓器），支持從數(shù)百kVA 到數(shù)MVA 的功率測量擴(kuò)展。

結(jié)論
在當(dāng)今數(shù)據(jù)中心與服務(wù)器能耗不斷增長、法規(guī)要求日益嚴(yán)苛的背景下，精確的功率測量已成為提升系統(tǒng)能效與實現(xiàn)合規(guī)的關(guān)鍵要素。通過使用ZES ZIMMER 的LMG600 系列功率分析儀及其配套附件，電源、電力分配單元、高效變壓器的制造商與開發(fā)者可以基于精密測量結(jié)果進(jìn)行性能優(yōu)化與能效驗證。

從符合80 PLUS、ENERGY STAR、DOE 2016 到EU Ecodesign 等標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)測試，再到SPECpower 標(biāo)準(zhǔn)化能效評估，我們的測試平臺為數(shù)據(jù)中心運營者提供了全面的解決方案，助力其優(yōu)化服務(wù)器運行效率并履行能耗申報責(zé)任。

LMG600 系列功率分析儀與LMG Test Suite 軟件的結(jié)合，不僅確保滿足各項能效標(biāo)準(zhǔn)，更為推動數(shù)據(jù)中心向綠色、可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)可行的方向發(fā)展提供了有力支撐。

審核編輯 黃宇