CN101957436A - 一种it服务器类设备的电源质量测试仪和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种IT服务器类设备的电源质量测试仪和测试方法，包括：电源输入模块，用于设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过插座输入至少一路被测设备电源的电流数据；数据采集模块，用于采集电流数据；数据处理模块，用于对电流数据进行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波；设置模块，用于设置各次电流谐波的标准数值；测试模块，用于测试各次电流谐波是否小于等于标准数值，如果是，被测设备电源合格，否则不合格。本发明实现对IT设备电源质量的测量。

Description

一种IT服务器类设备的电源质量测试仪和测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及IT服务器类设备（也可测试其它IT设备）的电源质量测试仪和测试 方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着数据网络业务的飞速发展，IDC业务得到迅猛发展。目前，在一些大 型IDC机房，里面运行的服务器有的就达数千台，仅设备耗电功率超过上千千瓦。一直以 来，大家重点研究的是UPS系统输入端的电力质量和UPS设备输入端产生的谐波问题，但对 UPS系统输出端电力质量，特别是计算机服务器等IT设备电源模块的质量问题及其产生的 谐波所带来的不利影响却没有加以重视。

[0003] 因为现时IT设备（计算机服务器及其外设）的机内电源普遍采用高频开关电源 技术。在市电的入口处都有一个整流桥电路，交流电压通过整流桥，将产生一个直流电压， 在经过DC/DC变换器变成不同等级的直流电压以供内部电路工作。这是一种典型的非线性 负载，也是一种谐波源。谐波对电源会产生污染，严重影响供电质量。

[0004] 在实际的测量中发现，各种服务器电源产生的谐波含量相差很大，最好的总谐波 含量为20%，最差的达到140%，其中主要以3次谐波为主，也包括5次、7次、9次及11次 谐波。大型IDC机房大量的服务器聚集在一起，如果服务器的谐波含量较高的话，会产生较 多问题，如“零地”电压的升高、无功耗能增力Π、三次谐波叠加造成配电柜和线缆发热等，有 可能对设备的安全运行产生很大的影响，严重时还会造成严重事故。因此，对服务器电源产 生的谐波问题应引起重视。

[0005] 但是，目前尚没有一种可以快速、准确、方便的针对IT设备电源质量测量的仪表， 因此当前在IT领域对上架服务器设备的电源质量失控，市场上服务器良莠不分，迫切需要 一种适合IDC机房生产运行管理的电源质量测试仪器。

发明内容

[0006] 本发明提出一种IT服务器类设备的电源质量测试仪和测试方法，实现对IT设备 电源质量的测量。

[0007] 根据本发明的一方面，提出一种IT服务器类设备的电源质量测试仪，包括：电源 输入模块，用于设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过插座输入至少一路被测设 备电源的电流数据；数据采集模块，用于采集电流数据；数据处理模块，用于对电流数据进 行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波；设置模块，用于设置各次电流谐波的标准数值； 测试模块，用于测试各次电流谐波是否小于等于标准数值，如果是，被测设备电源合格，否 则不合格。

[0008] 进一步，电源质量测试仪还包括：通道控制模块，根据设置模块在有多个电源给被 测设备供电时设置的至少一路电源的关断时间段来控制电源的关断。

[0009] 进一步，测试模块还在关断时间段内，测试处于工作状态的电源是否满足被测设

3备的供电需求，如果是，多个电源满足冗余备份要求，否则不满足要求。

[0010] 进一步，电源质量测试仪还包括：生成模块，用于根据测试模块的测试结果，自动 生成测试报告。

[0011] 进一步，电源质量测试仪还包括：信号转换模块，用于将电源输入模块输入的高压 信号转换成用于数据采集模块采集的电平信号。

[0012] 进一步，数据处理模块还计算至少如下之一的参数，包括视在功率、有功功率、无 功功率、功率因数、频率、各次电压/电流谐波含量、电流值幅度最大的基波、当前电流或电 压值。

[0013] 进一步，数据处理模块还依据被测设备启动及关闭时电流波形的变化情况，计算 出峰值及持续时间。

[0014] 根据本发明的另一方面，还提出一种IT服务器类设备的电源质量的测试方法，包 括以下步骤：设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过插座输入至少一路被测设备 电源的电流数据；采集电流数据；对电流数据进行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波； 设置各次电流谐波的标准数值；判断各次电流谐波是否小于等于标准数值，如果是，被测设 备电源合格，否则不合格。

[0015] 进一步，电源质量的测试方法还包括以下步骤：当有多个电源给被测设备供电时， 设置至少一路电源的关断时间段；根据关断时间段控制电源的关断；在关断时间内，测试 处于工作状态的电源是否满足被测设备的供电需求，如果是，多个电源满足冗余备份要求， 否则不满足要求。

[0016] 进一步，电源质量的测试方法，还包括以下步骤：根据对被测电源的测试结果，自 动生成测试报告。

[0017] 本发明对IT设备电源质量的测量过程，不仅处理速度快、结果精确，还可以实现 方便的自动化测量。可对电源质量的各种参数进行测试，并形成报表化的输出功能。

附图说明

[0018] 图1示出本发明中对IT服务器类设备的电源质量的测试方法流程图。

[0019] 图2示出本发明中采集的电流、电流波形图、电流谐波成份图。

[0020] 图3示出本发明中记录有各次电流谐波的表格。

[0021] 图4示出本发明中记录测试数值、标准数值以及测试结果的框图。

[0022] 图5示出本发明中形成的测试报告单。

[0023] 图6示出本发明中对IT服务器类设备的电源质量的冗余备份能力的测试方法流 程图。

[0024] 图7示出本发明中根据需要选择测试项目并设置参数的框图。

[0025] 图8示出本发明中IT服务器类设备的电源质量测试仪的结构图。

[0026] 图9示出本发明中IT服务器类设备的电源质量的冗余备份能力测试仪的结构图。

[0027] 图10示出本发明中具有4路输出电源的被测设备的实施例。

[0028] 图11示出本发明中通过外设接口连接显示模块的实施例。

4具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0030] 图1示出本发明中对IT服务器类设备的电源质量的测试方法，包括以下步骤：

[0031] 步骤101，设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过所述插座输入至少一路 所述被测设备电源的电流数据。

[0032] 传统的电力测试仪一般一次只能测试一路电源，不能自动相加处理，如果采用分 别测量再相加，就会出现较大误差。而本发明中设置的插座可以多于一个，因此，可以实现 对具有多路电源供电的服务器的电源质量测试，并自动汇总处理。在本发明中的多个插座、 多路是指大于一个的情况。和现有的电力谐波测试仪相比，该测试仪精度较高，达到10mA， 普通的电力谐波测试仪都在IA以上。

[0033] 步骤102，采集所述电流数据。

[0034] 图2示出了采集到的电流、电流波形图、以及电流谐波成份图。当然，在该图中还 可以包括其他参数，比如，电压、电压波形图、以及电压谐波成份图。根据采集到的电流以及 电压，可以计算相关参数，这将在下面进行说明。

[0035] 在采集电压信号时，需要将输入的高压信号转换成电平信号。把高电压（300VAC) 与电流（10AAC)转换到适合数据采集卡的采集电平信号范围内（5AC)。测量电压过程中，传 感器与电力线并联，通过改变与传感器输入端串联的电阻值来实现不同档位电压测量。测 量电流过程中，采用感应式的传感器，电力线直接通过传感器中心孔。

[0036] 步骤103，对所述电流数据进行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波。图3示出 了记录有各次电流谐波的表格。

[0037] 步骤104，设置所述各次电流谐波的标准数值。

[0038] 步骤105，判断所述各次电流谐波是否小于等于所述标准数值，如果是，跳转到步 骤106，执行步骤107。图4示出了测试数值、标准数值以及测试结果，可以直观的看到各个参数。

[0039] 步骤106，所述被测设备电源合格。

[0040] 步骤107，所述被测设备电源不合格。

[0041] 本发明的质量测试方法可以实现方便、快捷、自动化的质量测量过程。首先，被测 的服务器的电源插头插入该插座即可测量，无需像普通的测量仪表外接电压、电流探头。其 次，本发明通过设置多个插座，可以实现对具有多路电源供电的服务器的电源质量测试。再 次，可以预先设定各次谐波的标准数值，自动将测试结果和预设的标准数值比较后判断被 测服务器电源的质量合不合格，无需人为干预，实现了自动化的测量过程。

[0042] 在生成测试结果后，本发明的质量测试方法还可以进一步根据测试结果，自动生 成测试报告。该测试报告可以是Word文档，其内容可以如图5所示，包括频率、电压、电流、 总谐波电压、总谐波电流、视在功率、有功功率、功率因数、谐波次数等参数。生成的测试报 告可以保存在数据库中，也可以保存在PC机中的硬盘，因此，具有处理速度快、储存容量大 的优点。

[0043] 下面将结合图6说明本发明对电源质量冗余备份能力的测试过程。冗余备份能力 是指在服务器具有两个或者两个以上电源模块时，服务器电源的工作状态。以具有两个模 块的服务器为例，将服务器的两个电源插座都插到测试仪上，按设定的程序轮流关断一路

5供电，看服务器是否正常工作，来检测服务器这两个电源模块是否是冗余备份的。三路电源 服务器也和这个类似，只是分为关断1路，关断2路的情况。

[0044] 图6示出本发明中对IT服务器类设备的电源质量的冗余备份能力的测试方法，包 括以下步骤：

[0045] 步骤601，当所述被测设备电源合格且有多个电源给被测设备供电时，设置至少一 路电源的关断时间段。

[0046] 步骤602，根据所述关断时间段控制至少一路电源的关断。

[0047] 步骤603，在所述关断时间内，测试处于工作状态的所述电源是否满足被测设备的 供电需求，如果是，跳转到步骤604，否则执行步骤605。

[0048] 步骤604，所述多个电源满足冗余备份要求。

[0049] 步骤605，所述多个电源不满足冗余备份要求。

[0050] 在冗余测试过程中，本发明与现有技术相比，具有以下两个优点：

[0051] 第一，传统的电力测试仪一般一次只能测试一路电源，对于由多路电源供电的服 务器，比如双路或三路电源，当其中一路电源发生故障时，现有技术无法测试该服务器是否 能正常工作。而本发明针对多路供电的服务器设计了多路独立输出电源，当其中一路电源 出现故障时，比如没电，本发明的质量测试方法可以测试已连接的其他电源是否能维持服 务器的正常工作，以验证电源的冗余备份能力。

[0052] 第二，传统的电力测试仪一次只能测量一路，无法同时测量多路，如果采用人工汇 总，因为每路不是同时测量，汇总后的数据就会出现较大的误差。而本发明可以同时测量各 分路数据并进行准确的汇总处理，如功率，电流，谐波电流等。

[0053] 本发明的测试方法还可以根据测量的数据计算相关参数，图7示出了参数设置 图，由此可以根据需要选择测试项目并设置参数。本发明可以自动执行测试过程，实现了测 试过程的自动化控制，无需人为干预。可以测量的参数以及参数的计算过程将在下面进行 说明。

[0054] 在采集到电压/电流数据、波形后，还可以计算至少如下之一的参数，包括视在功 率、有功功率、无功功率、功率因数、频率、各次电压/电流谐波含量、峰值、持续时间、电流 值幅度最大的基波、当前电流或电压值。

[0055] 依据服务器启动及关闭时电流波形的变化情况，计算出峰值及持续时间。当被测 设备输入电流突变量达到设置的启动电流的判断阀值时，判断为服务器已启动，记录启动 前和启动后的时间，根据该时间差计算持续时间。本发明的测试仪自动实现上述过程，无需 人为干预，相比现有的示波器，具有操作方便、简单并能实现自动化的测试过程。

[0056] 其中，视在功率是指单位时间内采到的电压的积分平均值与电流的积分平均的值 的乘积，这里采集16个周期（1024点）。

[0057] 有功功率是指单位时间内采到的电压值与电流值的乘积进行积分运算再平均，这 里采集16个周期（1024点）。

[0058] 功率因数是指有功功率与视在功率的比值。

[0059] 频率是FFT频谱运算后通过求取基波的峰值。

[0060] 在本发明中还可以提供一种IT服务器类设备的电源质量测试仪。本发明的质量 测试仪可以实现方便、快捷、自动化的质量测量过程。首先，被测的服务器的电源插头插入

6该测试仪的插座即可测量，无需像普通的测量仪表外接电压、电流探头。其次，本发明通过 设置多个插座，可以实现对具有多路电源供电的服务器的电源质量测试。再次，可以预先设 定各次谐波的标准数值，自动将测试结果和预设的标准数值比较后判断被测服务器电源的 质量合不合格，无需人为干预，实现了自动化的测量过程。下面将结合图8进行详细说明。

[0061] 图8示出本发明中IT服务器类设备的电源质量测试仪，包括：电源输入模块、数据 采集模块、数据处理模块、设置模块、以及测试模块。其中：

[0062] 电源输入模块，用于设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过所述插座输 入至少一路被测设备电源的电流数据。

[0063] 传统的电力测试仪一般只能测试一路电源，不能自动相加处理，如果采用分别测 量再相加，就会出现较大误差。而本发明中设置的插座可以多于一个，因此，可以实现对具 有多路电源供电的服务器的电源质量测试，并自动汇总处理。在本发明中的多个插座、多路 是指大于一个的情况。和现有的电力谐波测试仪相比，该测试仪精度较高，达到10mA，普通 的电力谐波测试仪都在IA以上。

[0064] 目前常见的电源质量测试仪普遍采用电流环测量电流，由于IT设备的电源线是 两线（L和N)连在一起封装好的，在测量时需要将IT服务器类设备的电源线外皮剖开，将 其中的零线和火线分开，再将电流环套入其中一根才能测量，因此存在测量不方便的问题。 本发明中所述电源输入模块设置有与所述被测设备直接相接的插座，只需将IT服务器类 设备电源线插头插到测试仪的插座，即电源输出口便可测量，测试仪便可采集电压、电流数 据，进行分析，方便快捷。

[0065] 数据采集模块，用于采集所述电流数据。电源质量测试仪本身具有一个电源输入 端。在电源输入端与电源输入模块之间安装有电流跟踪传感器，用于采集电流信号。

[0066] 数据处理模块，用于对所述电流数据进行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波。

[0067] 数据处理模块还可以依据服务器启动及关闭时电流波形的变化情况，计算出峰值 及持续时间。当被测设备输入电流突变量达到设置的启动电流的判断阀值时，判断为服务 器已启动，记录启动前和启动后的时间，根据该时间差计算持续时间。本发明的测试仪自动 实现上述过程，无需人为干预，相比现有的示波器，具有操作方便、简单并能实现自动化的 测试过程。

[0068] 当然，数据处理模块还可以根据需要计算其他参数，比如，视在功率、有功功率、无 功功率、功率因数等，这将在下面进行说明。由此，本发明的质量测试仪可以根据需要选择 测试项目。本发明可以自动执行测试过程，实现了测试过程的自动化控制，无需人为干预。

[0069] 设置模块，用于设置所述各次电流谐波的标准数值。

[0070] 测试模块，用于测试所述各次电流谐波是否小于等于所述标准数值，如果是，所述 被测设备电源合格，否则不合格。可以根据不同的检测标准来设定合格判据门限值，自动判 断被测设备的电源是否合格。

[0071] 在生成测试结果后，本发明的质量测试仪还可以进一步生成测试报告并保存，下 面结合生成模块和存储模块进行说明。

[0072] 生成模块根据所述测试模块的测试结果，自动生成测试报告。该测试报告可以是 Word文档，其内容可以包括频率、电压、电流、总谐波电压、总谐波电流、视在功率、有功功 率、功率因数、谐波次数等参数。

7[0073] 存储模块保存所述测试报告。该存储模块可以是access数据库，也可以是PC机 中的硬盘，因此，具有处理速度快、储存容量大的优点。当然，存储模块也可以存储其他中间 结果，包括存储所述电源输入模块、数据采集模块、数据处理模块、设置模块的数据。

[0074] 图9示出本发明IT服务器类设备的电源质量的冗余备份能力测试仪，对电源的冗 余备份能力进行测试。冗余备份能力是指在服务器具有两个或者两个以上电源模块时，服 务器电源的工作状态。以具有两个模块的服务器为例，将服务器的两个电源插座都插到测 试仪上，按设定的程序轮流关断一路供电，看服务器是否正常工作，来检测服务器这两个电 源模块是否是冗余备份的。三路电源服务器也和这个类似，只是分为关断1路，关断2路的 情况。图10示出了具有4路输出电源的被测设备的实施例。

[0075] 设置模块还在有多个电源对被测设备供电时，设置至少一路电源的关断时间段。

[0076] 通道控制模块根据所述关断时间段控制所述至少一路电源的关断，即当设置某路 电源的关断时间段后，所述电流输入模块停止输入该路电源的电流数据。通道控制模块可 以是继电器。

[0077] 测试模块还在所述关断时间段内，对具有多个供电电源的服务器进行供电状态切 换检测，测试处于工作状态的所述电源是否满足被测设备的供电需求，如果是，所述多个电 源满足冗余备份要求，否则不满足。从而掌握重要服务器的电源冗余备份的能力水平。

[0078] 在冗余测试过程中，本发明与现有技术相比，具有以下两个优点：

[0079] 第一，传统的电力测试仪一般一次只能测试一路电源，对于由多路电源供电的服 务器，比如双路或三路电源，当其中一路电源发生故障时，现有技术无法测试该服务器是否 能正常工作。而本发明针对多路供电的服务器设计了多路独立输出电源，当其中一路电源 出现故障时，比如没电，本发明的质量测试方法可以测试已连接的其他电源是否能维持服 务器的正常工作，以验证电源的冗余备份能力。

[0080] 第二，传统的电力测试仪一次只能测量一路，无法同时测量多路，如果采用人工汇 总，因为每路不是同时测量，汇总后的数据就会出现较大的误差。而本发明可以同时测量各 分路数据并进行准确的汇总处理，如功率，电流，谐波电流等。

[0081] 下面以具有3路电源的被测设备为例进行说明。所述说明只是用于解释冗余测试 过程，不应理解为对本发明的限制。在此基础上所进行的相应变形或修改，都应覆盖在本发 明权利要求的保护范围内。

[0082] 设3路输出电源分别为电源1、电源2和电源3。设置模块分别设置电源1、电源2 和电源3在开启3小时后处于关断状态，即模拟电源1、电源2和电源3其中任一电源没电 的情况。测试模块测试在上述三种情况下，被测设备是否均能正常工作，如果能正常工作， 继续执行下面的测试操作。

[0083] 设置模块设置电源1和电源2在开启3小时后处于关断状态，即模拟电源1和电 源2同时没电。测试模块测试电源3和电源4能够满足被测设备的供电需求，如果满足，则 继续测试其他组合状态下是否满足要求，即当电源1和电源3没电时，测试电源2和电源4 的供电能力；当电源1和电源4没电时，测试电源2和电源3的供电能力；当电源2和电源 4没电时，测试电源1和电源3的供电能力；当电源2和电源3没电时，测试电源1和电源 4的供电能力；以及当电源3和电源4没电时，测试电源1和电源2的供电能力。当所有组 合都能正常供电时，则被测电源满足冗余备份要求。

8[0084] 此外，本发明中IT服务器类设备的电源质量测试仪，还可以包括信号转换模块。

[0085] 信号转换模块将所述电源输入模块输入的高压信号转换成用于所述数据采集模 块采集的电平信号。信号转换模块可以是电流电压跟踪传感器，把高电压（300VAC)与电流 (10AAC)转换到适合数据采集卡的采集电平信号范围内（5AC)。

[0086] 数据采集模块可以是采用电流型霍尔传感器的信号传感器，实现电压、电流的采 集和测量。测量电压过程中，传感器与电力线并联，通过改变与传感器输入端串联的电阻值 来实现不同档位电压测量。测量电流过程中，采用感应式的传感器，电力线直接通过传感器 中心孔。

[0087] 数据处理模块还根据数据采集模块采集到的电压/电流数据、波形，计算至少如 下之一的参数，包括视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、频率、各次电压/电流谐波 含量、电流值幅度最大的基波、当前电流或电压值。

[0088] 其中，视在功率是指单位时间内采到的电压的积分平均值与电流的积分平均的值 的乘积，这里采集16个周期（1024点）。

[0089] 有功功率是指单位时间内采到的电压值与电流值的乘积进行积分运算再平均，这 里采集16个周期（1024点）。

[0090] 功率因数是指有功功率与视在功率的比值。

[0091] 频率是FFT频谱运算后通过求取基波的峰值。

[0092] 本发明中IT服务器类设备的电源质量测试仪还可以包括至少一个外设接口。外 设接口可方便的连接各种外设，如显示器、键盘、鼠标、U盘等，在本机上即可完成数据的查 看、存储、分析等功能。图11示出通过外设接口连接显示模块的实施例。当然，也可以直接 在该质量测试仪中增加上述之一的模块，比如显示模块，用于显示电流、电压波形，以及电 流、电压各次谐波含量的频谱图。

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Claims (10)

1. 一种IT服务器类设备的电源质量测试仪，包括：电源输入模块，用于设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过插座输入至少一路被测设备电源的电流数据；数据采集模块，用于采集电流数据；数据处理模块，用于对电流数据进行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波；设置模块，用于设置各次电流谐波的标准数值；测试模块，用于测试各次电流谐波是否小于等于标准数值，如果是，被测设备电源合格，否则不合格。
2. 2.根据权利要求1所述电源质量测试仪，还包括：通道控制模块，根据设置模块在有多个电源给被测设备供电时设置的至少一路电源的 关断时间段来控制电源的关断。
3. 3.根据权利要求2所述电源质量测试仪，其中：测试模块还在关断时间段内，测试处于工作状态的电源是否满足被测设备的供电需 求，如果是，多个电源满足冗余备份要求，否则不满足要求。
4. 4.根据权利要求1或3所述电源质量测试仪，还包括：生成模块，用于根据测试模块的 测试结果，自动生成测试报告。
5. 5.根据权利要求1所述电源质量测试仪，还包括：信号转换模块，用于将电源输入模块 输入的高压信号转换成用于数据采集模块采集的电平信号。
6. 6.根据权利要求5所述电源质量测试仪，其中，数据处理模块还计算至少如下之一的 参数，包括视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、频率、各次电压/电流谐波含量、电流 值幅度最大的基波、当前电流或电压值。
7. 7.根据权利要求1所述电源质量测试仪，其中，数据处理模块还依据被测设备启动及 关闭时电流波形的变化情况，计算出峰值及持续时间。
8. 8. 一种IT服务器类设备的电源质量的测试方法，包括以下步骤：设置与被测设备直接相接的至少一个插座，通过插座输入至少一路被测设备电源的电 流数据；采集电流数据；对电流数据进行快速傅立叶变换，计算出各次电流谐波；设置各次电流谐波的标准数值；判断各次电流谐波是否小于等于标准数值，如果是，被测设备电源合格，否则不合格。
9. 9.根据权利要求8所述电源质量的测试方法，还包括以下步骤：当有多个电源给被测设备供电时，设置至少一路电源的关断时间段；根据关断时间段控制电源的关断；在关断时间内，测试处于工作状态的电源是否满足被测设备的供电需求，如果是，多个 电源满足冗余备份要求，否则不满足要求。
10. 10.根据权利要求8所述电源质量的测试方法，还包括以下步骤：根据对被测电源的测 试结果，自动生成测试报告。2

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