CN102483643B - 使用选择性上限设定来管理多个负载的电能分配 - Google Patents

Abstract

一种电能分配系统可包括被配置成从公共馈电或支路接收电能的多个负载。所述负载中的每个可被配置成在至少第一和第二模式下操作，使得它在以其第一模式运行时可消耗的电流、VA或功率达到第一上限，以及在以其第二模式运行时可消耗的电流、VA或功率达到第二上限。第一上限可高于第二上限。传感器部件可监测对应于由所述多个负载的全部从该公共馈电或支路所消耗的电能总量的参数。管理器部件可被配置成，当该参数达到或超过阈值时，选择当前以其第一模式运行的负载之一，并使所选择的负载以其第二模式运行。

Description

使用选择性上限设定来管理多个负载的电能分配

背景技术

在典型的数据中心中将多个服务器计算机容纳在机柜的内部是常见的。机柜通常将从电气设施中接收至少一个馈电(feed)，以及将把来自所述馈电的功率分配给在内部所容纳的服务器。机柜中的功率分配单元(“PDU”)包括电路断路器，以用于限制由服务器从所述馈电汲取(draw)的电流量。如果电路断路器应当跳闸，则所有依赖于所述馈电的服务器将遭受功率损失。

附图说明

图1-4是通过实例一般性地示出根据本发明实施例的多种电能分配系统的示意图。

图5是示出根据现有技术的电流上限设定(capping)方案的框图。

图6是示出根据本发明实施例的负载的示例行为的状态图。

图7是示出根据本发明实施例的管理器部件的示例内部状态的框图。

图8是示出根据本发明实施例的用于管理电能分配系统的方法的流程图。

图9是示出根据本发明实施例的管理设置的示例配置的框图。

图10是示出根据本发明实施例的在电能分配系统的变化的示例状态下的负载的框图。

具体实施方式

图1-4示出根据本发明实施例的电能分配系统的多种种类的实施。实施例是通过实例而非通过限制来示出的。具有本领域普通技术并且参考了本文所给出的实例的人员将能够对其他配置以及在其他环境中应用实例的教导。

首先参考图1的一般性实例。在电能分配系统100中，多个负载104被配置成从公共馈电102接收电能。负载104可包括任何类型和组合的电负载。在一些实施例中，负载可以是计算设备，例如服务器计算机。传感器部件106和/或108被配置成监测对应于由负载104从馈电102所消耗的电能总量的参数。例如，所述参数如在电传感器106的情况下可对应于一个或多个电值，或如在温度传感器108的情况下可对应于温度。系统100不必同时具有两种类型的传感器。管理器部件110经由传感器总线112被耦合到传感器部件106和/或108，并且被配置成确定所述参数是否达到或超过阈值。如果所述参数达到或超过阈值，则管理器部件110可通过经管理总线114进行发信号通知而改变负载104的状态。还可以在公共馈电102上提供电路断路器116。

传感器部件106可被设计成感测电流或电压或这二者。在后者的情况下，所感测的值可被利用以确定伏安乘积(“VA”)，或可被利用以确定功率的电平。本领域技术人员将会认识到，VA和功率并不总是完全相同，这是由于一些负载的特性可能产生非唯一(non-unity)功率因数。任何常规技术可被用来测量感兴趣的参数。例如，传感电阻器、电流互感器或霍尔效应设备可被使用。

传感器部件108可被设计成感测在负载104上或在负载104附近的某处的温度。可以采用任何常规温度传感设备。在使用温度传感器108的实施例中，认为通过感测在容纳全部负载104的外壳208内部的温度，将获得增强的精度。(参见图2-4。)例如，对于其中负载104是计算设备的实施例，外壳208可以是数据中心中的机柜。此外，一些实施例可有效地采用多于一个的温度传感器108。例如，多个温度传感器108可被放置在外壳208或其中的部件的内部或周围，以便感测与流体冷却介质(例如空气或液体)的运动相关的入口和出口的温度。

管理器部件110可被实施为如所示的分立部件，或者其功能可代之以由负载104之一来提供。管理器110可与其他部件集成或者被集成到其他部件中，如果有必要或方便这样做的话。

在一些实施例中，管理器部件110和传感器部件106和/或108可被容纳在PDU206内(再次参见图2-4)，以及该PDU被安装在机柜中。然而，并非在每个实施例中管理器部件110和传感器部件106、108都需要被包括在PDU206内。

总线112、114可采取任何常规形式，包括例如数字串行或并行总线或者载送模拟信号的一条或多条线。可以使用任何信令协议。总线112、114在一些实施例中可以是不同的总线，或者在其他实施例中可以是相同的总线。

如图2-4所示，本发明的特定实施例可以采取各种各样的形式。通常，多个支路204可取自公共馈电。多个负载104可被布置在每个支路上。可以提供任何数量的支路，并且每支路可以提供任何数量的负载。可以在每个支路204上提供单独的电路断路器116。在这些种类的实施例中，传感器106可在每支路的基础上被采用，如所示的那样。在一些实施例中，可将一个或多个电路断路器116进行一起联动，使得如果一个断路器跳闸，则联动的断路器中的其余断路器也将跳闸。

图2和3示出，甚至馈电102的类型也可以变化。系统200中的馈电202采取二线交流(“AC”)馈电的形式。两条线都可以是带电的，或者一条线可以是带电的以及另一条是不带电的。系统300中的馈电302是三线AC馈电。在后者类型的实施例中，典型地，线A、B、C中的每条都是带电的，并且它们相互之间有120度的相位差。二线支路204可取自三条线中的任何一对，如所示的那样。在另外的其他情况下，可能存在四线，其包括三条带电的和一条不带电的。在这些情况下，可从A至不带电的线、B至不带电的线和/或C至不带电的线中取得支路。其他组合和变化是可能的。

图4示出在一些实施例中温度传感器108可被采用以代替电传感器106。系统400可以仅仅容易地使用相对于其他示例实施例描述的馈电类型变化中的任何一个。

在现有技术中已知的是，具有其自己的电源的服务器计算机能够将其电流汲取(currentdraw)自行限制大致在恒定的上限(cap)或以下。具体而言，现有技术的服务器计算机可以利用电流上限值来手动地配置。在操作中，这种服务器计算机当在其自己的电源处感测到的电流值达到阈值时将调用电流降低模式。在电流降低模式中，典型地，服务器计算机内的中央处理单元(“CPU”)或其他部件根据预定的占空比(dutycycle)变得空闲。因此，服务器计算机可在CPU未空闲的占空比的部分期间继续做有用的工作，但是随着时间的过去将比不在电流降低模式时汲取更少的电流。尽管现有技术的服务器计算机的电流上限值能够手动地重新配置，但是在缺乏手动干预的情况下电流上限在操作期间是恒定的。

现有技术的服务器计算机的恒定上限特征的一个问题在图5中被示出。假设图5的三个服务器都通过具有由阈值500指示的跳闸电平的公共电路断路器来汲取电流。为了确保该断路器决不跳闸，必须选择每个服务器的恒定的上限水平，使得这三个的总和不超过阈值500，如在列502处所示。但是在普通操作中，可能常见的是，服务器中的两个(比如说服务器2和3)需要小于它们的恒定的上限，以及它们中的一个(比如说服务器1)期望将允许大于其恒定的上限。在这种情况下，服务器1被约束以在由其恒定的上限所规定的最大电流汲取下操作，如在列504处所示。结果浪费了本可由服务器1有效地采用的容量506。根据本发明的实施例有助于缓解这一问题。

如图6所示，根据本发明实施例的负载104可被设计成在至少两种模式600、602下操作，每种模式对应于不同的上限水平。此外，负载104可被设计成在操作期间响应于经管理总线114从管理器部件110接收的命令而动态地调整其上限水平，如在604和606处所示。在一种类型的实施例中，在情况604、606中的每种下，管理部件110可将所期望的上限水平传送给负载104。在另一种类型的实施例中，负载104可以在内部使模式600、602中的每种与预定的上限水平相关联，以及管理部件110可以简单地在604、606情况下选择模式。用于一旦指示了上限水平或对应模式就使负载104遵循给定的上限水平的机制可以是根据任何常规技术，包括在紧接的在前一段中所描述的技术。

作为实例，模式600可对应于上限水平C1，以及模式602可对应于上限水平C2。上限水平C2低于上限水平C1。因此，当以上限＝C2操作时负载104可消耗的最大电流将低于以上限＝C1操作的负载的消耗的最大电流。上限水平C1也可对应于根本不采用电流降低技术的模式，或者等同地对应于在负载中所采用的任何电流降低机制的占空比被设置为100％的模式。

图7示出管理部件110的示例内部状态。通常，管理器110可保存涉及每个负载104的一组信息。具体而言，它可保存对于每个负载定义C1和C2的值，例如对应于负载L1的值A和B，如列706、708中所示。值A可对应于第一电流电平或占空比或模式，以及值B可对应于第二电流电平或占空比或模式。对于每个负载，C1的值可以不同，或者它们可以相同。同样，对于每个负载，C2的值可以不同，或者它们可以相同。对于如系统200、300、400一样包括多个支路的实施，管理器110可使每个负载与如在表中列702处所示的支路标识符相关联。管理器110可在状态列704中保存某一值，以指示给定的负载当前正在操作于哪种模式或哪个上限或占空比。最终，管理器110可通过使优先级值700与每个负载相关联来在给定支路上建立所有负载104的优先级排序。图7的表中的所有值可由管理员进行配置，例如通过管理器110或通过负载104之一经由网络连接所提供的图形用户接口。任何常规的数据结构或技术都可被用来存储刚才所描述的信息；它无需以表格格式本身被存储。

现在将相对于图8-10在下面描述管理器部件110的示例行为。参考图8中的方法800，在步骤802中管理员对于每个负载104配置对应于上限C1和C2的第一和第二管理设置706、708。

在图9中示出步骤802的一个实例。在列900中，管理员设置上限C2，使得如果所有负载104同时操作于其相应的C2上限水平，则由负载所消耗的总电能将不超过阈值能量水平902。阈值能量水平902可对应于在支路上电路断路器116的跳闸电平，或者它可对应于某一其他阈值，例如温度、功率电平或VA电平。在列904中，管理员设置上限C1，使得如果所有负载104同时操作于其相应的C1上限水平，则由负载所消耗的总电能将超过阈值能量水平902。在包括多个支路204的实施中，通过仅对相关支路上的负载104的上限求和，并将该和与可以特定于该支路的阈值902进行比较，可以使上述设置成为特定于支路的。

再次参考图8，在步骤804中电能从公共源或馈电102、202、302或者支路204被供应给负载104。在步骤806中，允许负载以其相应的第一管理设置C1运行。在步骤808中，对应于部件106和/或108的参数被感测。在传感器部件中或在管理器部件中或在别处，将该参数的值与相关的阈值902进行比较。如果在步骤810中确定该参数低于阈值902，则操作在步骤808重新开始。但是如果确定该参数等于或超过该阈值，则在步骤812中管理器110选择当前正在以其第一管理设置C1运行的至少一个负载104，并在步骤814中使所选择的负载104以其第二管理设置C2运行。然后操作在步骤808重新开始。

在一些实施例中，可以执行步骤812，使得管理器110使用优先级信息700和状态信息704，以选择当前正在以其第一管理设置C1运行的最低优先级的负载104。

图10示出在各种条件下在三个负载的实施例中方法800可以如何执行的实例。在该实例中，符号L1、L2和L3表示由给定的负载在相关时间所消耗的实际能量水平。符号C1、C2表示图7的表中特定负载的所配置的上限水平。管理设置是指借助于管理器110与给定的负载之间发生的某一通信、对于给定的负载当前有效的模式或上限水平。假设第一负载是优先级1，第二负载是优先级2，以及第三负载是优先级3。

在列1000中，这三个负载中的每个正在以其第一管理设置C1运行(如由步骤806所规定的那样)，但是实际上正在消耗小于其所配置的上限水平C2的能量水平。在列1002中，第一负载经历对消耗更多能量的需要。所以它能够将其消耗水平增加达到其所配置的上限水平C1。在列1004中，第三负载也经历对消耗更多能量的需要。所以它将其消耗水平增加至高于本将对应的其所配置的上限水平C2，并且开始接近其所配置的上限水平C1。但是当出现该情况时，传感器部件和/或管理器部件检测出违反阈值902。所以该管理器执行步骤812和814，此时由于其低的优先级而选择第三负载，并且指示第三负载以管理设置C2运行。结果是，第三负载将其能量消耗约束至其较低的所配置的上限C2，如在列1006处所示。第一负载由于其较高的优先级而仍然始终能够消耗达到其较高的所配置的上限C1。

在列1008中，现在假设第二负载经历对增加其能量消耗的需要，并且它开始以高于其所配置的上限C2的水平消耗能量。在这种情况下的结果是另一阈值违背。所以管理器110再次执行步骤812和814。此时它选择第二负载，因为第二负载现在是当前正在以其第一管理设置C1运行的最低优先级的负载。管理器110指示第二负载以其第二管理设置C2运行，如在列1010中所示。但是在这种情况下，结果仍然是阈值违背。所以管理器110再一次执行步骤812和814。在这次最终的迭代中，它选择第一负载，因为第一负载现在是当前正在以其第一管理设置C1操作的最低优先级的负载。它指示第一负载以其第二管理设置C2运行，如在列1012中所示。现在全部三个负载都可安全地操作于阈值902之下。但是最高优先级的负载被允许以其最高能量消耗、在长于另两个低优先级负载的时间进行操作。

虽然本发明已参考其优选实施例被详细地描述，但是所描述的实施例通过实例而非通过限制被给出。本领域技术人员在参考了本说明书之后将会理解，在所描述的实施例的形式和细节上可以作出各种改变，而不偏离如由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于管理多个负载的电能分配的方法，包括：

对于所述负载中的每个配置第一和第二管理设置，使得给定的负载在以其第一设置运行时，其可消耗的电流或功率达到第一上限，以及在以其第二设置运行时，其可消耗的电流或功率达到第二上限，其中第一上限高于第二上限；

从公共源向所有所述负载供应电能，并且以其相应的第一设置运行所述负载中的每个；

A）感测与由所有所述负载从所述公共源所消耗的电能总量成比例的参数；

B）确定所述参数已达到或超过阈值；

C）响应于所述确定步骤，选择当前正在以其第一设置运行的负载之一并使所选择的负载以其第二设置运行,以及选择当前正在以其第一设置运行的负载中的最低优先级的负载,其中所述负载中的每一个与优先级关联；以及

D）在步骤A重新开始；

其中最高优先级的负载被允许以其最高能量消耗、在长于低优先级负载的时间进行操作；

其中所述第一管理设置不同于所述第二管理设置。

2.权利要求1所述的方法，其中：

所述参数是流过为所有所述负载供电的电路支路的电流。

3.权利要求2所述的方法，其中：

所述阈值对应于所述电路支路的电路断路器的跳闸电平。

4.权利要求1所述的方法，其中：

所述参数是在容纳所有所述负载的外壳内部的温度。

5.权利要求1所述的方法，其中：

所述参数是由响应于在为所有所述负载供电的电路支路上测量的电流和电压而至少部分地确定的值。

6.权利要求1所述的方法，其中，配置第一和第二设置包括：

配置第一设置，使得如果所有所述负载同时以其第一上限消耗电能，则所述参数将超过所述阈值；以及

配置第二设置，使得如果所有所述负载同时以其第二上限消耗电能，则所述参数将不超过所述阈值。

7.权利要求1所述的方法，其中：

所述负载中的每个的第一上限是相同的；以及

所述负载中的每个的第二上限是相同的。

8.一种电能分配系统，包括：

多个负载，其被配置成从公共馈电或其支路接收电能，所述负载中的每个被配置成在第一和第二模式下操作，使得它在以其第一模式运行时可消耗的电流或功率达到第一上限，以及在以其第二模式运行时可消耗的电流或功率达到第二上限，其中第一上限高于第二上限；

传感器部件，其被配置成监测对应于由所述多个负载的全部从所述公共馈电或支路所消耗的电能总量的参数；以及

管理器部件，其被耦合到所述传感器部件，以及被配置成，当所述参数达到或超过阈值时，选择当前以其第一模式运行的负载之一，并使所选择的负载以其第二模式运行，

其中所述管理器部件被配置成使优先级与所述负载中的每个相关联，以及当所述参数达到或超过阈值时，选择当前以其第一模式运行的负载中的最低优先级的负载并使所选择的负载以其第二模式运行；

其中最高优先级的负载被允许以其最高能量消耗、在长于低优先级负载的时间进行操作。

9.权利要求8所述的系统，其中：

第一和第二模式被定义成使得，如果所有所述负载同时以其相应的第一上限消耗电能，则所述参数将超过所述阈值，以及如果所有所述负载同时以其相应的第二上限消耗电能，则所述参数将不超过所述阈值。

10.权利要求8所述的系统，其中：

所述参数对应于在所述公共馈电或支路上电路断路器的跳闸电平。

11.权利要求8所述的系统，

其中所述负载中的每个是服务器计算设备；

还包括容纳所有所述负载的机柜；以及

其中所述传感器和管理器部件被容纳在安装在所述机柜内部的功率分配单元内。

12.一种电能分配系统，包括：

多个计算设备，每个被配置成将其电流汲取上限选择性地设定在第一电平和第二电平，其中第二电平小于第一电平；

传感器装置，用于感测由所述多个计算设备所汲取的电流总量；以及

管理器装置，用于响应于确定所述电流总量等于或超过阈值，选择所述多个计算设备中其电流汲取上限设定为第一电平的一个计算设备，并使所选择的计算设备将其电流汲取上限设定为第二电平，

其中所述管理器装置被配置成使优先级与所述计算设备中的每个相关联，以及当所述电流总量达到或超过所述阈值时，选择当前以其第一模式运行的计算设备中的最低优先级的计算设备并使所选择的计算设备以其第二模式运行；

其中最高优先级的负载被允许以其最高能量消耗、在长于低优先级负载的时间进行操作。