Qu’est-ce que la Power Quality dans un data center ?

La Power Quality, ou qualité de l’alimentation électrique, décrit la qualité et la stabilité de la tension et du courant électrique qui alimentent les équipements IT.

Une infrastructure électrique stable ne dépend pas uniquement d’une puissance disponible suffisante. Les variations de tension, de courant, de fréquence ou de forme d’onde peuvent également être importantes pour le fonctionnement fiable des équipements connectés.

Les principaux paramètres de Power Quality comprennent notamment :

• Total Harmonic Distortion (THD)
• Harmoniques et distorsion harmonique
• Facteur de crête (Crest Factor)
• Facteur de puissance (Power Factor)
• Tension et pics de tension
• Courant et pics de courant
• Creux de tension
• Fréquence
• Charge par phase
• Courant résiduel

La surveillance continue de ces valeurs fournit une vision beaucoup plus complète du comportement électrique d’un rack que la seule mesure de la consommation énergétique.

Pourquoi la Power Quality devient-elle plus importante pour l’IA et les racks haute densité ?

Les infrastructures IA et HPC modifient les profils de charge électrique des data centers modernes.

Les systèmes GPU peuvent nécessiter des puissances très élevées, tandis que leur charge peut varier considérablement en fonction de la workload. Les racks destinés à l’entraînement de modèles d’IA peuvent donc présenter des profils de puissance beaucoup plus élevés et dynamiques que les racks de serveurs traditionnels.

Pour les opérateurs de data centers, savoir que :

« Ce rack consomme 40 kW »

ne représente donc qu’une partie des informations nécessaires.

Il peut également être important de savoir :

La tension est-elle stable ?
Des pics de courant se produisent-ils ?
La distorsion harmonique augmente-t-elle ?
Comment évolue le facteur de puissance ?
Les anomalies sont-elles temporaires ou récurrentes ?
À quel moment précis un événement électrique s’est-il produit ?

C’est là que le Power Quality Monitoring devient particulièrement intéressant.

Qu’est-ce que le Total Harmonic Distortion (THD) ?

Le Total Harmonic Distortion (THD), ou taux de distorsion harmonique total, est une mesure de la distorsion harmonique présente dans une forme d’onde électrique de tension ou de courant.

Dans une situation idéale, la tension et le courant alternatifs présentent une forme sinusoïdale régulière. Les charges électriques non linéaires peuvent cependant déformer cette forme d’onde.

Les serveurs utilisent par exemple des alimentations à découpage. Celles-ci, comme d’autres charges non linéaires, peuvent générer des harmoniques dans le système électrique.

Le THD indique le niveau de distorsion présent par rapport à la fréquence fondamentale.

Dans un data center, le THD de tension et le THD de courant peuvent donc fournir des informations utiles sur les conditions électriques auxquelles les équipements IT sont exposés.

Pourquoi surveiller les harmoniques dans un data center ?

Les harmoniques sont des composantes de fréquence qui déforment la forme d’onde sinusoïdale normale de la tension ou du courant.

Ce phénomène est pertinent dans les data centers modernes, car ils contiennent un grand nombre de charges électriques non linéaires.

Une augmentation de la distorsion harmonique peut constituer une raison d’analyser plus précisément ce qui se passe dans un rack ou ailleurs dans la chaîne de distribution électrique.

L’emplacement de la mesure est également important.

Une mesure effectuée au début de l’infrastructure électrique indique ce qui se passe à cet endroit. Un PDU rack intelligent peut en revanche mesurer les caractéristiques électriques au plus près des équipements IT qui consomment réellement l’énergie.

Le Power Quality Monitoring au niveau du rack devient ainsi particulièrement intéressant pour identifier et analyser des anomalies.

Qu’est-ce que le facteur de crête (Crest Factor) ?

Le facteur de crête, ou Crest Factor, décrit le rapport entre la valeur de crête et la valeur RMS d’une forme d’onde électrique.

Il fournit ainsi des informations sur l’importance des pics d’un signal de courant ou de tension par rapport à sa valeur efficace.

Un facteur de crête inhabituel peut fournir des informations supplémentaires sur les caractéristiques d’une charge électrique et sur une éventuelle déformation de la forme d’onde.

Combiné aux mesures du THD, du courant, de la tension et du facteur de puissance, il permet d’obtenir une vision plus complète que la seule mesure de la consommation énergétique.

Que sont les creux et les pics de tension ?

Un creux de tension (Voltage Dip) correspond à une diminution temporaire de la tension.

Un pic de tension (Voltage Peak) correspond à une augmentation temporaire de la tension mesurée.

Ces événements pouvant être très courts, ils ne sont pas toujours visibles lorsque seules les valeurs instantanées ou moyennes sont surveillées.

C’est pourquoi l’enregistrement des événements est important.

Lorsqu’un système de Power Quality Monitoring enregistre une anomalie avec un horodatage, l’opérateur peut déterminer précisément quand l’événement s’est produit et le comparer à d’autres événements dans le data center.

Pourquoi surveiller les pics de courant ?

Le courant électrique peut également présenter des pics de courte durée.

Avec des charges IT dynamiques, il peut être intéressant de connaître non seulement le courant moyen, mais également les valeurs de crête.

Une charge moyenne élevée et un pic de courant de courte durée représentent deux comportements électriques différents.

L’analyse des pics de courant (Current Peaks) en combinaison avec d’autres valeurs de mesure permet donc de mieux comprendre le comportement électrique réel d’un rack.

Qu’est-ce que le facteur de puissance (Power Factor) ?

Le facteur de puissance, ou Power Factor, représente le rapport entre la puissance active réellement utilisée et la puissance apparente totale fournie.

Un facteur de puissance proche de 1 signifie qu’une grande partie de la puissance fournie est effectivement utilisée sous forme de puissance active.

Le facteur de puissance peut donc fournir des informations complémentaires utiles sur les caractéristiques électriques des équipements IT.

Combiné à la puissance active (W), la puissance apparente (VA), la puissance réactive (VAR), au THD et au facteur de crête, il permet d’obtenir une vision plus complète de la charge électrique.

Pourquoi surveiller la fréquence électrique ?

Dans les data centers européens, l’infrastructure électrique fonctionne normalement à environ 50 Hz.

La surveillance de la fréquence permet de détecter les variations de cette fréquence électrique fondamentale.

Même si la fréquence est généralement très stable, elle fait partie d’une analyse complète de la Power Quality et peut être comparée à d’autres mesures lors de l’analyse d’événements électriques.

Qu’est-ce que le Residual Current Monitoring ?

Le Residual Current Monitoring (RCM), ou surveillance du courant résiduel, mesure les courants résiduels ou courants de fuite dans une installation électrique.

Un courant résiduel peut être détecté lorsque les courants aller et retour ne sont pas parfaitement équilibrés.

Une surveillance continue peut aider les opérateurs de data centers à identifier les changements ou anomalies et à les analyser plus efficacement.

Le Schleifenbauer PDU 5.0 peut être équipé en option d’une surveillance du courant résiduel de type B conforme à la norme IEC/EN 62020, comprenant la mesure du courant résiduel total, des valeurs de crête ainsi que des composantes AC et DC.

Cette fonctionnalité peut être particulièrement intéressante dans les environnements critiques où une meilleure visibilité sur les conditions électriques au niveau du rack ou de chaque phase est nécessaire.

Pourquoi surveiller la Power Quality au niveau du rack ?

Un data center comporte des équipements de mesure à différents endroits de son infrastructure électrique.

Mais la charge IT se trouve finalement dans le rack serveur.

Le PDU rack constitue l’un des derniers éléments entre l’infrastructure électrique et les équipements IT connectés. La surveillance de la Power Quality au niveau du PDU peut donc fournir des informations précieuses sur le comportement électrique au plus près de la charge IT réelle.

Cela permet également de comparer une anomalie détectée dans un rack avec d’autres racks ou avec des mesures effectuées ailleurs dans l’infrastructure électrique.

Quels paramètres de Power Quality un PDU intelligent peut-il mesurer ?

Tous les PDU intelligents ne mesurent pas les mêmes paramètres électriques.

Le Schleifenbauer PDU 5.0 peut notamment mesurer au niveau de l’entrée et des branches :

• Tension
• Creux / pic de tension
• Courant
• Pic de courant
• Puissance active (W)
• Puissance apparente (VA)
• Puissance réactive (VAR)
• Énergie
• Total Harmonic Distortion (THD)
• Facteur de crête (Crest Factor)
• Fréquence
• Facteur de puissance (Power Factor)
• Residual Current Monitoring en option

Selon la configuration du PDU, différentes valeurs de mesure peuvent également être disponibles au niveau des prises individuelles.

Un PDU rack intelligent peut ainsi devenir bien plus qu’un simple dispositif de distribution électrique ou compteur d’énergie. Il peut également servir de point de mesure des conditions électriques au plus près de la charge IT.

Power Quality Monitoring avec Schleifenbauer PDU 5.0 et EnerTree

Chez Schleifenbauer, les fonctionnalités du PDU sont indépendantes de l’architecture de gestion choisie.

Après avoir sélectionné un Metered, Monitored, Switched ou Managed PDU, le client peut choisir comment l’intelligence et les données de Power Quality doivent être gérées.

Deux architectures principales sont disponibles.

Controller Module avec EnerTree Lite

Un PDU équipé d’un Controller Module héberge l’intelligence localement dans le PDU.

EnerTree Lite est un logiciel embarqué qui fonctionne directement sur le Controller Module.

Les données de mesure peuvent être consultées et gérées localement via l’interface web. EnerTree Lite prend notamment en charge des mesures de Power Quality telles que le THD, le facteur de crête ainsi que les pics de tension et de courant avec horodatage. Les données historiques, les tendances, les alertes et l’intégration via des protocoles tels que SNMP, Modbus et REST sont également disponibles.

Cette architecture correspond à l’approche conventionnelle de gestion d’un PDU intelligent et convient aux installations plus petites ou gérées localement.

Gateway Module avec EnerTree Platform

Pour les environnements plus importants, le même PDU intelligent peut être équipé d’un Gateway Module.

Au lieu d’héberger l’intelligence localement dans chaque PDU, la gestion est centralisée avec EnerTree Platform.

EnerTree Platform fonctionne comme logiciel dans un environnement dédié de machine virtuelle (VM) et est conçu pour la surveillance et la gestion centralisées de jusqu’à 10 000 PDU.

Les données de Power Quality provenant d’un grand nombre de racks peuvent ainsi être collectées, analysées et comparées de manière centralisée.

EnerTree Platform offre également des fonctionnalités telles que :

• Surveillance en temps réel
• Données historiques détaillées
• Tendances et analyse de la Power Quality
• Tableaux de bord
• Reporting et analytics
• Rapports planifiés
• Seuils et alertes
• Export de données et vers des bases de données
• Gestion en masse
• Zero Touch Provisioning
• Intégration avec les systèmes DCIM, BMS et ERP

La surveillance de la Power Quality devient ainsi une composante d’un environnement plus large de Data Centre Energy Management (DCEM).

D’un seul rack à des milliers de PDU

La différence ne réside donc pas uniquement dans ce que le PDU peut mesurer.

Le choix principal concerne la manière dont ces informations doivent être gérées.

Un Controller Module avec EnerTree Lite offre une architecture de PDU intelligent conventionnelle avec intelligence locale.

Un Gateway Module avec EnerTree Platform intègre les mêmes fonctionnalités PDU dans une plateforme centralisée et évolutive de gestion de l’énergie et de la Power Quality.

Grâce à l’architecture modulaire PDU 5.0, ce choix peut également être modifié ultérieurement en remplaçant le module de communication, sans remplacer le PDU complet.

Power Quality Monitoring sans frais de licence logicielle séparés

EnerTree Lite et EnerTree Platform font partie de l’architecture Schleifenbauer PDU 5.0 et sont disponibles sans frais récurrents de licence logicielle.

Les opérateurs de data centers peuvent ainsi utiliser les données de Power Quality, les mesures énergétiques, les alertes et les données historiques ainsi que, avec EnerTree Platform, des fonctionnalités DCEM centralisées avancées sans que les coûts de licences logicielles augmentent avec chaque PDU supplémentaire.

Pour les installations comportant un grand nombre de PDU, cela peut avoir un impact significatif sur le coût total de la surveillance et de la gestion.

La Power Quality comme composante de la gestion énergétique des racks

L’augmentation de la densité de puissance des infrastructures IA, GPU et HPC rend de plus en plus important d’aller au-delà de la simple analyse des kWh et de la charge du rack.

Le THD, les harmoniques, le facteur de crête, le facteur de puissance, les creux de tension, les pics de tension et de courant, la fréquence et le courant résiduel fournissent chacun des informations différentes sur le comportement électrique dans et autour d’un rack.

En mesurant ces paramètres au plus près de la charge IT et en les analysant de manière centralisée, les opérateurs disposent de davantage d’informations pour étudier les anomalies, identifier les tendances et mieux comprendre leur infrastructure électrique.

Avec Schleifenbauer PDU 5.0, EnerTree Lite et EnerTree Platform, la surveillance de la Power Quality peut être intégrée dans la même infrastructure que celle utilisée pour la distribution électrique du rack, la mesure énergétique et la gestion des PDU.

Vous souhaitez en savoir plus sur le Power Quality Monitoring ?

Découvrez EnerTree DCEM pour la surveillance des PDU et la gestion énergétique, ou contactez Schleifenbauer pour déterminer quelle architecture PDU et de gestion correspond le mieux à votre data center.