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利用非侵入式負載監控(NILM)數據
進行設備用電趨勢分析

非侵入式負載監控技術(NILM)

非侵入式負載監測系統是獲得最精確資料及最低成本的方法

組成要素

智慧電錶
(smart meter)

安裝於電力系統入口處,用於量測用電資訊。

溝通元件
(communication infrastructure)

智慧電錶與後端資料分析的傳輸介面。

後端管理系統
(Meter Database Management System)

包含資料庫與用電趨勢的分析程式。

智慧電錶安裝

        目前中興大學計算機及資訊網路中心的機房已佈建非侵入式負載監控的電流、電壓及環境感測器,為了方便收集資料,我們採用無線傳輸的方式,其配置圖如下圖。

機房感測器安裝配置圖

        無線智慧電錶感測器使用磁吸式與線圈式安裝於配電盤電源迴路,不需拆裝原先線路,不影響機房正常運作,維護更換便利。

無線智慧電錶安裝於主電源迴路配電盤

無線智慧電錶安裝於空調總配電盤

無線智慧電錶安裝於 UPS 供電總配電盤

         其中無線數位電錶佈建於主電源迴路的配電盤上,空調用電安裝於空調總配電盤處,伺服器用電安裝於不斷電系統供電總配電盤處。這些電錶用來量測能耗相關資料,並且每分鐘同步傳遞資料至資料收集器儲存至資料庫,可用來計算電腦機房電源使用效率 (PUE, Power Usage Effectiveness)。

技術優點

便於安裝與維護

NILM只需於電力系統入口處安裝感應計表即可,無須拆裝原有線路,施工與維護簡便。

便於數據之收集

NILM不須侵入系統就可以採集系統內負載相關有用參數,且不影響電力系統本身。

便於數據分析

NILM數據儲存於資料庫,可以在後端進行資料處理與大數據分析,做為設備用電效能改善的依據。

資料分析

       我們利用 2016/11/17 至 2016/12/27 間收集的電腦機房用電數據來做資料分析說明。

        從收集的的 PUE 值數據顯示皆於 1.4 ~ 1.7 間,低於國際平均 PUE值標準 (1.8 ~ 2.1) 。將 PUE 值與室外溫度比較,可以發現 PUE 值與室外溫度的變化是一致的,表示空調系統能耗的多寡是與環境溫度高低同步。

        右圖分別為電能消耗以及每天每小時的 PUE 數據。電能消耗與 PUE 的趨勢是有一定的規律性,當某設備用電狀況或電源迴路出現異常時,這兩個數據走勢會出現異常。機房管理人員就可以從這兩個趨勢圖判斷機房設備運作是否正常。

        我們將無線智慧電錶安裝於提供伺服器用電的 UPS 負載及空調電源上,將能耗數據利用長條圖表示出相對關係。可以看到伺服器與空調能耗數據基本上呈現正比關係,當伺服器能耗高時,空調能耗亦相對增加,反之亦然。因此,如發現在伺服器能耗未增加的情況下,空調能耗卻提高,則可推斷空調系統出現故障的可能性很高。

        我們可以利用量測到的用電數據,計算相關資料(例如:PUE、能耗…等),做為機房節能及用電效益的評估依據。例如:機房供電及用電迴路系統設計是否明確,UPS 系統效能、冷熱通道設計良善與否、空調系統運作效率…等評估因子,可當作綠能機房營運,管理及改善的重要參考。