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Anwendungsbeispiel von APF&SVG im Rechenzentrum von Guizhou Telecom
1. Projekthintergrund
In der sich rasant entwickelnden digitalen Wirtschaft von heute bilden Rechenzentren das digitale Fundament für Kernfunktionen wie Rechenleistung, Datenspeicherung und Geschäftsbetrieb. Ihr stabiler, effizienter und umweltfreundlicher Betrieb wirkt sich direkt auf die Geschäftskontinuität und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen aus. Als zentrale Einrichtung des nationalen Hub-Knotens im Projekt „East Data West Computing“ hat das Guizhou Telecom Data Center seit Baubeginn im Jahr 2013 eine signifikante Erweiterung erfahren und ist von sechs auf fünfzehn Serverräume angewachsen. Mit geplanten Investitionen von über einer Milliarde Yuan und einer Fläche von 300.000 Quadratmetern betreibt das Zentrum derzeit 15 Rechenzentrumsgebäude mit 14.000 Racks und 120.000 Servern. Es hat sich zum größten und dynamischsten nationalen Rechenzentrum in Südchina entwickelt. Der sprunghafte Anstieg des Bedarfs an KI-Computing führte jedoch zu kontinuierlichen Erweiterungen und Modernisierungen mit erhöhter Rack-Kapazität und damit zu einem starken Anstieg des Bedarfs an High-Density-Servern, Flüssigkeitskühlsystemen, USV-Anlagen und frequenzvariablen Klimaanlagen. Diese nichtlinearen Lasten haben nach und nach eine Reihe von Problemen mit der Stromqualität verursacht, die die Betriebseffizienz und die Geschäftssicherheit stark beeinträchtigen und umfassende Steuerungsmaßnahmen erforderlich machen.
II. Gefahren durch Probleme mit der Stromqualität
III. Lösungen
Um die zentralen Herausforderungen des Rechenzentrums von Guizhou Telecom – gekennzeichnet durch hohe Dichte, hohe Auslastung, hohe Zuverlässigkeit und umweltfreundlichen Betrieb – sowie die Betriebsmerkmale von Flüssigkeitskühlsystemen und intelligenter Computerhardware zu bewältigen, wurden eine umfassende Vor-Ort-Analyse, Lastdatenanalyse und ein Vergleich verschiedener Lösungsansätze durchgeführt. Die Entscheidung fiel schließlich auf eine kollaborative Governance-Lösung, die einen aktiven Leistungsfilter (APF) und einen statischen Blindleistungsgenerator (SVG) kombiniert. Dieser Ansatz optimiert gleichzeitig Oberwellenunterdrückung und Blindleistungskompensation und gewährleistet so Stabilität, Energieeffizienz und Skalierbarkeit. Gleichzeitig erfüllt er die Anforderungen des Rechenzentrums an eine umweltfreundliche Entwicklung und den Ausbau der Rechenkapazität. Die Kernstrategie für die Implementierung dieser Lösung ist wie folgt:
Dieses Modernisierungsprojekt ersetzt das bestehende, auf Kondensatoren basierende Blindleistungskompensationssystem durch APF- und SVG-Anlagen. Im Vergleich zur herkömmlichen Kondensatorkompensation bietet das neue System höhere Effizienz, schnellere Reaktionszeiten, kompakte Bauweise und längere Lebensdauer. Es erfüllt optimal die Anforderungen des Rechenzentrums von Guizhou Telecom an geringen Platzbedarf, hohe Zuverlässigkeit und Energieeffizienz und ist gleichzeitig mit den Betriebseigenschaften von Flüssigkeitskühlsystemen kompatibel.
Aktiver Leistungsfilter (APF) Das System besteht aus 10 modularen APF-Einheiten mit einer Gesamtkompensationskapazität von 4000 A. Dank intelligenter Kopplungs-Antiresonanztechnologie und patentiertem Wärmeableitungsdesign erreicht es eine Filtereffizienz von 99 % bei einer Reaktionszeit von unter 5 ms. Es erfasst und eliminiert präzise die 2. bis 51. Harmonische und reduziert insbesondere die Ansammlung der 3. Harmonischen im Neutralleiter, um Brandgefahren effektiv zu mindern. Die Unterstützung von 4G/WLAN-Fernüberwachung und die Integration in die zentrale intelligente Betriebs- und Wartungsplattform ermöglichen die Echtzeit-Visualisierung von Harmonischendaten für die Touchscreen-Steuerung und erfüllen somit die Anforderungen des unbemannten Betriebs.
Statischer Variablengenerator (SVG) Das System verfügt über 10 modulare SVG-Einheiten mit einer Gesamtkompensationsleistung von 3000 kvar. Durch den Einsatz von IGBT-Leistungsmodulen und einer Technologie zur sofortigen Blindleistungsregelung erreicht es eine Reaktionszeit von unter 5 ms für die kontinuierliche dynamische Blindleistungskompensation und hält einen Leistungsfaktor von über 0,99 aufrecht. Das System bietet zudem eine dreiphasige Unsymmetriekompensation und passt sich flexibel an transiente Lastcharakteristika in Rechenzentren an. Es ist besonders effektiv bei der Minderung von Blindleistungsspitzen beim Start von KI-Serverclustern und der Aktivierung von Flüssigkeitskühlsystemen. Selbst im Generatorbetrieb gewährleistet es eine stabile Kompensationsleistung und somit eine zuverlässige Stromversorgungsstabilität.
Durch die Integration der Stromverteilungsarchitektur und des Gebäudelayouts des Rechenzentrums von Guizhou Telecom implementieren wir ein Bereitstellungsmodell mit zentralisierter Verwaltung und zonierter Kompensation. Dieser Ansatz, der auf die Lastcharakteristika flüssigkeitsgekühlter und intelligenter Rechenzentren zugeschnitten ist, gewährleistet eine umfassende Abdeckung ohne Schwachstellen in der Managementeffektivität.
Am Haupteingang der Niederspannungsverteilung sind APF- und SVG-Einheiten zentral installiert, um Oberwellenstörungen und Blindleistungsverluste im gesamten Rechenzentrum zu minimieren. Dies gewährleistet die Einhaltung der Stromqualitätsstandards am öffentlichen Netzanschlusspunkt (PCC) und unterstützt somit eine stabile Gesamtstromversorgung.
In stark ausgelasteten Bereichen wie flüssigkeitsgekühlten Serverräumen und intelligenten Rechenzentren werden kleine APF-Module zonenweise eingesetzt, um lokal begrenzte, hohe Oberwellenlasten (z. B. USV-Anlagen, Flüssigkeitskühlsysteme und Hochfrequenz-Schaltnetzteile) zu kompensieren. Dies verhindert die Anhäufung von Oberwellen und schützt kritische Anlagen.
Alle Geräte sind in die intelligente Betriebs- und Wartungsplattform des Rechenzentrums integriert und ermöglichen so die koordinierte Steuerung von APF und SVG, die Echtzeit-Datenüberwachung, Fehlermeldungen und die Fernwartung. Diese nahtlose Integration in das bestehende Betriebs- und Wartungssystem senkt die Betriebskosten und entspricht dem Trend zur unbemannten Wartung.
Im Vergleich zum herkömmlichen LC-Filter + SVC-Kompensationsansatz bietet die APF-SVG-Kollaborationslösung drei wesentliche Vorteile und erfüllt perfekt die Anforderungen an hohe Dichte, hohe Zuverlässigkeit und Umweltfreundlichkeit des Rechenzentrums von Guizhou Telecom.
Hochintelligent: Ermöglicht dynamische Lastverfolgung und automatische Anpassung der Kompensationsparameter ohne manuelle Eingriffe. Es passt sich den hohen Lastschwankungen in Rechenzentren und den Betriebseigenschaften von Flüssigkeitskühlsystemen und intelligenten Computergeräten an und verhindert sowohl Über- als auch Unterkompensation, um eine stabile Stromqualität zu gewährleisten.
Erhöhte Robustheit: Der APF nutzt eine parallele Mehrmodularchitektur, bei der der Ausfall einzelner Module die Gesamtleistung des Systems nicht beeinträchtigt. Der SVG bietet umfassenden Schutz vor Überspannung, Überstrom und Überhitzung mit einer mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) von bis zu 80.000 Stunden und einer Auslegungslebensdauer von 10 Jahren und erfüllt damit optimal die Anforderungen an einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb.
Hervorragende Skalierbarkeit: Dank des modularen Designs ist eine Online-Kapazitätserweiterung mit 20 % reservierter Kompensationskapazität möglich. So werden zukünftige Anforderungen für Erweiterungen um 5.000 Racks und Leistungssteigerungen in Rechenzentren erfüllt. Dies macht den Umbau von Stromverteilungssystemen überflüssig, senkt die Upgrade-Kosten und verbessert kontinuierlich die Kapazität des Rechenzentrums zur Unterstützung der Initiative „East Data West Computing“.
IV. Anwendungsergebnisse
Nach der Implementierung der kollaborativen Governance-Lösung von APF und SVG zeigte ein zwölfmonatiger kontinuierlicher Betrieb mit Datenüberwachung, dass alle Kennzahlen zur Stromqualität den nationalen Standards entsprachen. Dadurch wurden die zentralen Herausforderungen des Projekts in der Anfangsphase gelöst und mehrdimensionale Verbesserungen in den Bereichen Stabilität, Energieeffizienz, Compliance und Wartung erzielt. Die Lösung passt perfekt zu den Zielen des Guizhou Telecom Data Centers einer grünen, intelligenten und skalierbaren Entwicklung und schafft einen bedeutenden wirtschaftlichen und sozialen Mehrwert. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen:
Die APF-Anlage filtert Oberschwingungen effizient heraus und hält den Oberschwingungsanteil (THDi) des Stromnetzes unter 3,2 % – deutlich unter dem nationalen Standard von 5 %. Gleichzeitig kompensiert das SVG präzise die Blindleistung, erhöht den Leistungsfaktor auf über 0,98 und beseitigt Spannungsverzerrungen und -flimmern vollständig. Seit der Inbetriebnahme gab es beim Servercluster, dem Flüssigkeitskühlsystem und der intelligenten Computerausrüstung keine Ausfälle aufgrund von Problemen mit der Stromqualität. Die Ausfallraten sanken auf null und die Geräteausfallraten um 70 %. Dies gewährleistet einen stabilen Betrieb der Kerndienste, darunter Rechenkapazitäten im Osten, Dienstleistungen der lokalen Regierung und Cloud-Dienste für Unternehmen, und steigert die Kundenzufriedenheit erheblich. Durch die Vermeidung wirtschaftlicher Verluste und Imageschäden aufgrund von Serviceausfällen hat das Zentrum seine Position als nationaler Rechenknotenpunkt weiter gefestigt.
Das System hat die Leitungsverluste um 14,5 % reduziert, die Blindleistungsverluste um 90 % gesenkt und jährliche Stromkosten in Höhe von 1,7 Millionen Yuan eingespart – bei einer Amortisationszeit von 8,5 Monaten. Die reduzierte Wärmeentwicklung der Geräte und die geringere Belastung des Kühlsystems haben den PUE-Wert des Rechenzentrums von 1,2 auf 1,15 optimiert und den jährlichen Stromverbrauch um über 900.000 kWh gesenkt. Diese Verbesserungen unterstützen die „Dual-Carbon“-Strategie und stärken die Wettbewerbsfähigkeit des Green-Computing-Zentrums. Darüber hinaus haben die um 30 % längere Lebensdauer der Geräte und die jährlichen Einsparungen von 750.000 Yuan bei den Betriebs- und Wartungskosten in Verbindung mit der gesteigerten Betriebseffizienz den Betriebsaufwand deutlich reduziert und die Rentabilität des Rechenzentrums erhöht.
Alle Kennzahlen zur Stromqualität entsprechen vollständig dem aktualisierten nationalen Standard „Stromqualität – Oberschwingungen in öffentlichen Stromnetzen“. Dadurch werden Mängelbeseitigungs- und Strafrisiken vermieden und die spezielle Inspektion des Netzbetreibers erfolgreich bestanden. Das modulare Design mit redundanter Kapazität ermöglicht die nahtlose Erweiterung des Rechenzentrums um 5.000 Racks, ohne dass nennenswerte zusätzliche Investitionen in den Umbau des Stromverteilungssystems erforderlich sind. Dies gewährleistet eine zuverlässige Stromversorgung zur Verbesserung der intelligenten Rechenleistung und stärkt die Kapazität des Projekts „East Data West Computing“. So kann das Rechenzentrum kontinuierlich Fortschritte bei der Skalierung seiner Rechenleistung erzielen.
Durch die Integration in die bestehende intelligente Betriebs- und Wartungsplattform des Zugangszentrums ermöglicht das System die Fernüberwachung, Störungsmeldungen und Parameteranpassungen für APF- und SVG-Geräte. Dadurch entfällt der Bedarf an Personal vor Ort, sodass ein einzelner Bediener mehrere Aufgaben übernehmen und die Arbeitskosten um 40 % senken kann. Die modulare Bauweise der Geräte ermöglicht den Austausch im laufenden Betrieb und vereinfacht so Wartungs- und Austauschprozesse. Dies steigert die Betriebseffizienz, reduziert den Wartungsaufwand und optimiert die Gesamtleistung in Synergie mit dem intelligenten Betriebs- und Wartungssystem des Zentrums.
V. Fallzusammenfassung und Werbewert
Diese Fallstudie, die sich auf das Rechenzentrum von Guizhou Telecom konzentriert, zeigt, dass die integrierte Anwendung von Aktivem Leistungsfilter (APF) und Statischem Blindleistungsgenerator (SVG) die optimale Lösung für die Behebung von Problemen der Stromqualität in hochdichten, hochlastigen und hochzuverlässigen grünen Rechenzentren darstellt, einschließlich Oberwellenbelastung und Blindleistungsverlusten. Sie eignet sich besonders für Szenarien wie Rechenzentren, intelligente Rechenzentren und flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren, die den Hub-Knoten „East Data West Computing“ unterstützen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht dieser Ansatz nicht nur ein präzises Stromqualitätsmanagement, sondern schafft durch Energieeinsparung, verlängerte Lebensdauer der Geräte und verbesserte Betriebseffizienz auch einen nachhaltigen wirtschaftlichen Mehrwert für Rechenzentren. Darüber hinaus unterstützt er die Entwicklung grüner Rechenzentren und steht im Einklang mit der „Dual Carbon“-Strategie, wodurch er perfekt zur strategischen Positionierung des Rechenzentrums von Guizhou Telecom passt.
Als Maßstab für den Bau von Rechenzentren und Kernkomponente der Initiative „East Data West Computing“ hat das Rechenzentrum von Guizhou Telecom landesweit replizierbare und skalierbare Best Practices für das Stromqualitätsmanagement in großen Rechenzentren, Cloud-Computing-Hubs, intelligenten Rechenzentren und Disaster-Recovery-Einrichtungen etabliert. Mit der zunehmenden Umsetzung der Initiative und dem stark steigenden Bedarf an KI-Computing benötigen Rechenzentren heute immer strengere Standards für die Stromqualität. Aktive Leistungsfilter (APF) und statische Blindleistungskompensatoren (SVG) haben sich von optionaler Ausrüstung zu unverzichtbaren Schutzmechanismen entwickelt. Ob für die Planung neuer Rechenzentren oder die Modernisierung bestehender Anlagen – die integrierte APF-SVG-Governance-Lösung erfüllt präzise die betrieblichen Anforderungen und gewährleistet eine stabile Strominfrastruktur für die Entwicklung einer hochwertigen digitalen Wirtschaft bei gleichzeitiger Sicherstellung der zuverlässigen Leistung jeder einzelnen Rechenressource.
IPv6-Netzwerk unterstützt
