CN103052887B - 电力测定系统以及电力温度转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够比较容易地测定很多电气设备的消耗电力的电力测定系统以及电力温度转换器。在各服务器（1）的电源线（3）上安装电力温度转换器（50），其温度根据在电源线（3）中流动的电流而变化。此外，以与各电力温度转换器（50）接触的方式铺设光纤（12），以通过各电力温度转换器（50）附近的方式铺设光纤（13）。而且，利用光纤（12、13）以及温度测定装置（11）测定电力温度转换器（50）的温度变化。解析装置（14）对由温度测定装置（11）测定出的温度变化的测定结果进行解析，并计算出各服务器（1）的消耗电力。

Description

电力测定系统以及电力温度转换器

技术领域

本发明涉及电力测定系统以及电力温度转换器。

背景技术

近年来，由于以宽带为代表的网络环境的迅速普及，用计算机处理的数据量变得庞大。而且，为了高效地处理大量的数据，将很多计算机（服务器）设置于同一室内来进行统一管理的数据中心迅速增加。

在数据中心中很多服务器运转，从这些服务器分别产生与消耗电力相应的热。在数据中心中，为了防止因服务器产生的热所引起的服务器的误动作、故障，在服务器机房内设置空调器，将低温的空气导入各服务器来防止服务器的过热。

专利文献1:日本特开2004－125410号公报

专利文献2:日本特开2005－43231号公报

专利文献3:日本特开2006－46922号公报

专利文献4:日本特开2006－84176号公报

然而，从防止地球变暖的观点出发，社会各个方面都需要节能。在数据中心中，包含空调器的空调设备的运转消耗庞大的电力，所以要求空调设备的高效运转。

在空调设备的高效运转中，优选对各服务器的消耗电力进行测定并对空调设备的控制进行反馈。一直以来，在电气设备的消耗电力的测定中采用使用了分流电阻的电流传感器、使用了变流器（电流互感器）的交流电流传感器。

然而，若欲利用这些电流传感器测定很多电气设备（服务器等）的消耗电力，则需要很多电流传感器、和将这些电流传感器与测定装置之间连接的很多布线。因此，不只是电流传感器、测定装置的成本很高，电流传感器的设置（包括布线的铺设）所需要的成本、维护所需要的成本也很高。因此，在很多电气设备上分别安装上述的电流传感器来分别测定各电气设备的消耗电力是不现实的。

发明内容

由上所述，本发明的目的在于提供一种能够比较容易地测定很多电气设备的消耗电力的电力测定系统以及电力温度转换器。

根据这一观点，提供一种电力测定系统，该电力测定系统具有：电力温度转换器，其安装于电气设备的电源线且其温度根据在上述电源线中流动的电流而变化；温度测定装置，其测定上述电力温度转换器的温度；以及解析装置，其根据由上述温度测定装置测定的上述电力温度转换器的温度的测定结果来对由上述电气设备消耗的电力进行解析。

根据上述这一观点，将在电气设备的电源线中流动的电流转换为电力温度转换器的温度变化，并利用温度测定装置测定该温度变化。而且，利用解析装置根据温度测定结果来求出电气设备所消耗的电力。这样，将各电气设备的消耗电力作为温度来测定，从而能够比较容易地测定很多电气设备的消耗电力。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的电力测定系统的框图。

图2是表示第一实施方式的电力温度转换器的一个例子的电路图。

图3是对第一实施方式的电力温度转换器的动作进行说明的时序图。

图4是表示对在电气设备中流动的电流与温度上升量ΔT的关系进行调查所得的结果的图。

图5是对第一实施方式所涉及的电力测定系统的动作进行说明的流程图。

图6是第二实施方式所涉及的电力测定系统的框图。

图7是第二实施方式的电力温度转换器的等效电路图。

图8是对第二实施方式的电力温度转换器的动作进行说明的时序图。

图9是表示对在电气设备中流动的电流与时间间隔Δt的关系进行调查所得的结果的图。

图10是对第三实施方式所涉及的电力测定系统进行说明的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

（第一实施方式）

图1是第一实施方式所涉及的电力测定系统的框图。

在数据中心的服务器机房中设置有多个服务器1。对这些服务器1供给电力的电源线3都与共用电源线2连接。在各服务器1的电源线3上都安装有电力温度转换器50。这些电力温度转换器50产生与在电源线3中流动的电流对应的热。后述电力温度转换器50的详细情况。

温度测定装置11将光纤12、13作为温度传感器来对铺设有光纤12、13的位置的温度进行测定。即，温度测定装置11每隔一定时间向光纤12、13内射出激光，对在光纤12、13内产生的后向散射光（拉曼散射光）进行检测，从而对光纤12、13的长度方向的温度分布进行测定。

以与各电力温度转换器50接触的方式铺设光纤12，并检测电力温度转换器50的温度。此外，以通过稍微远离电力温度转换器50的位置的方式铺设光纤13，从而对设置有电力温度转换器50的位置的温度（环境温度）进行检测。

解析装置14对从温度测定装置11输出的温度测定结果进行解析来计算各服务器1的消耗电力。

图2是表示电力温度转换器50的一个例子的电路图。如该图2所示，电力转换器50具有：电流线圈51、整流元件52、电容器（Condenser）53、开关元件54、电阻发热体（温度变化元件）55、放电控制部56、以及电源供给部57。

电流线圈51安装于电源线3，由于电磁感应产生与在电源线3中流动的交流电流对应的电动势（感应电动势）。例如能够使用出售的分体式交流电流传感器作为电流线圈51。此外，也可以代替电流线圈51而使用变流器（电流互感器），并利用该变流器来得到与在电力电缆3中流动的交流电流对应的电动势。

整流元件52对在电流线圈51中产生的电动势（交流电流）进行整流。由于电压降小，故整流元件52优选使用肖特基势垒二极管。被整流元件52整流的电流经由开关元件54供给至电容器53，在电容器53中积蓄电荷。

优选大容量的电容器53，例如能够使用容量为1F（法拉）左右的双电层电容器。开关元件54根据来自放电控制部56的信号进行动作。该开关元件54例如由MOS晶体管形成。

电阻发热体55在积蓄于电容器53的电荷流动时产生热，例如由镍薄膜形成。电阻发热体55的电阻值例如为50Ω～200Ω左右。此外，为了以良好的精度测定电阻发热体55的温度，如图2所示，优选在电阻发热体55的附近卷绕规定的长度的光纤12。

例如使用定时器IC或者单芯片微控制器等形成放电控制部56，每隔一定时间控制开关元件54来切换电荷的流动。即，如后所述，在充电期间将电流线圈51与电容器53电连接，从而在电容器53中积蓄电荷。此外，在放电期间电容器53与电阻发热体55电连接，使在电容器53中积蓄的电荷在电阻发热体55中流动。

电源供给部57利用在电流线圈51中产生的感应电动势而生成放电控制部56的驱动电力，例如具有整流元件和恒压电路。也可以代替使用在电流线圈51中所产生的电动势的电源供给部57，而使用利用服务器机房内的照明来发电的光电池、利用温度差来发电的热电转换元件、或者利用服务器机房内的振动来发电的压电元件等。

图3是对电力温度转换器50的动作进行说明的时序图。在该图3中，上侧的图表示放电控制部56的输出，下侧的图表示由光纤12测定出的电阻发热体55的温度T1、以及由光纤13测定出的电阻发热体55附近的环境温度T2的随时间的变化。

如图3所示，在充电期间（箭头A的期间），放电控制部56的输出为“L”（低电平），开关元件54将电流线圈51与电容器53之间电连接。由此，在电流线圈51中产生的电流经由整流器52以及开关元件54流向电容器53，在电容器53中积蓄电荷。在电容器53中积蓄的电荷量是与在服务器1的电源线3中流动的电流对应的值。即，服务器1的消耗电力越大，在电容器53中积蓄的电荷量越多。

若经过充电期间而进入放电期间（箭头B的期间），则放电控制部56的输出成为“H”（高电平）。由此，开关元件54进行动作，将电流线圈51与电容器53之间电分离，而将电容器53与电阻发热体55之间电连接。而且，在电容器53中积蓄的电荷流过电阻发热体55，电阻发热体55的温度上升。此时，电阻发热体55的温度取决于在电容器53中积蓄的电荷量。即，服务器1的消耗电力越大，电阻发热体55的温度越高。此外，在图3中，用ΔT表示电阻发热体55的温度上升量、即表示由光纤12测定出的电阻发热体55的温度T1（峰值）与由光纤13测定出的环境温度T2的差。

若经过放电期间，则利用开关元件54将电容器53与电阻发热体55之间电分离，再次将电流线圈51与电容器53之间电连接，中电容器53中积蓄电荷。以后，电容器53每隔一定时间反复进行充电和放电。

图4是将横轴作为在电气设备中流动的电流，将纵轴作为温度上升量ΔT来对两者的关系进行调查所得的结果的图。如该图4所示，在电气设备中流动的电流越大，则温度上升量ΔT越大。

在解析装置14中预先存储有根据图4那样的数据制作的校正表，根据从温度测定装置11输出的温度测定结果计算出在各电气设备中流动的电流，进而根据该电流计算出消耗电力。

图5是对实施方式所涉及的电力测定系统10的动作进行说明的流程图。

首先，在步骤S11中，温度测定装置11利用第一光纤12对安装于各服务器1的电力温度转换器50的温度T1进行测定。

接下来，进入步骤S12，温度测定装置11利用第二光纤13对各电力温度转换器50附近的环境温度T2进行测定。

接下来，进入步骤S13，解析装置14从温度测定装置11输入温度测定结果，并按照每个电力温度转换元件50来计算温度上升量ΔT（＝T1－T2）。

接下来，进入步骤S14，解析装置14参照校正表将温度上升量ΔT换算为电力。而且，在步骤S15中，输出这些数据（电力数据）。从该解析装置14输出的数据例如用于空调器的设定温度的调整、冷风排出量的控制、以及设置于数据中心的各个地方的风扇的转速控制等。

如上所述，在本实施方式所涉及的电力测定系统10中，在各服务器1的电力电缆3上安装电力温度转换器50，并利用光纤12、13测定这些电力温度转换器50的温度变化。在将电流传感器安装于各服务器1并以电信号将电流测定结果传输至测定装置的情况下，需要很多连接各服务器与测定装置的信号布线。然而，在本实施方式中，不需要光纤12、13以外的信号布线，能够容易地构建系统并且维护所需要的费用也很少。

此外，对于在本实施方式中使用的电力温度转换器50而言，将由在电力电缆3中流动的电流形成的感应电动势所产生的电荷积蓄到电容器53，使积蓄于该电容器53的电荷流过电阻发热体55，从而使电阻发热体55发热。因此，由电力温度转换器50消耗的电力很少，即便在对很多服务器1的消耗电力进行测定的情况下，也能够抑制电力测定系统10整体的消耗电力。

而且，在本实施方式所涉及的电力测定系统中，利用光纤12、13对安装于各服务器1的电力电缆3的电力温度转换器50的温度进行测定，从而计算出各服务器1的消耗电力。因此，即使服务器1的数量（电力温度转换器50的数量）增加，电力测定系统的消耗电力也不会变化。

此外，温度测定装置（拉曼散射光式温度测定装置）的消耗电力为200W左右，电力温度转换器50几乎不消耗电力，所以由于导入电力测定系统10而引起的数据中心的消耗电力的增加很少。另一方面，利用本实施方式的电力测定系统对各服务器1的消耗电力的变化进行检测，据此适当地对空调设备进行设定，由此能够减少由电力测定系统10消耗的电力以上的电力。

在本实施方式中，利用光纤12测定电力温度转换器50的温度，利用光纤13测定环境温度，但也可以利用一根光纤对电力温度转换器50的温度和环境温度进行测定。例如，在光纤的去路测定电力温度转换器50的温度而在回路测定环境温度。此外，在环境温度几乎不变化并预先知道了环境温度的情况下，也可以不测定环境温度。

（实验1）

作为实验1，使用电力温度转换器50、光纤12、13以及温度测定装置11来对在电子负载装置中流动的电流与电力温度转换器50的温度上升的关系进行调查。

使用多模-渐变折射率型的光纤HFR－Z2－1（古川电工制，聚氨酯覆盖）作为光纤12、13。此外，温度测定装置11采用拉曼散射光式温度测定装置DTS800M（SENSA公司制）。

使用分体式交流电流传感器作为电力温度转换器50的电流线圈51，电容器53采用容量为1F的双电层电容器。此外，使用电阻值约为100Ω的镍薄膜式加热器作为电阻发热体55，使用肖特基势垒二极管作为整流器52。而且，使用作为单芯片微控制器的PIC12F683（微芯科技公司制）作为放电控制部56。此外，充电期间约为10分钟，放电期间约为1分钟。

将该电力温度转换器50安装于能够任意设定消耗电流值的电子负载装置，并对在电子负载装置中流动的电流与电力温度转换器50的温度上升量ΔT的关系进行测定。其结果是，温度上升量ΔT与在电子负载装置中流动的电流的关系如图4所示。

（第二实施方式）

图6是第二实施方式所涉及的电力测定系统的框图。本实施方式与第一实施方式的不同点是电力温度转换器的构造不同，其它的结构基本上与第一实施方式相同。因此，在图6中，对与图1相同的构造标注相同的符号并省略其详细的说明。

在本实施方式所涉及的电力测定系统20中，在各服务器1的电源线3上安装有电力温度转换器60，该电力温度转换器60由在电源线3中流动的电流而产生热。此外，以与各电力温度转换器60接触的方式铺设光电缆12。此外，在本实施方式中，与第一实施方式不同，不需要用于测定环境温度的光纤。

图7是电力温度转换器60的等效电路图。如该图7所示，电力温度转换器60具有：电流线圈51、整流器52、电容器53、开关元件54、电阻发热体55、以及放电控制部66。

电流线圈51被安装于电源线3，通过电磁感应而产生与在电源线3中流动的交流电流对应的电动势。整流元件52对在电流线圈51中产生的电动势（交流电流）进行整流。被整流元件52整流后的电流经由开关元件54而供给至电容器53，并在电容器53中积蓄电荷。电阻发热体55在积蓄于电容器53的电荷流过时产生热，例如由镍薄膜形成。

放电控制部66具有：比较器81、基准电压产生部82、以及分压电路83。分压电路83例如由串联连接的两个电阻元件R1、R2形成，按照与这两个电阻元件R1、R2的电阻值对应的比率对电容器53的两端的电压进行分压。该分压后的电压被输入到比较器81的一方的输入端子（＋侧输入端子）。即，向比较器81的一方的输入端子输入根据在电容器53中积蓄的电荷量而变化的电压V1。

基准电压产生部82例如由齐纳二极管Z和多个电阻元件R3～R5形成，若在电容器53中积蓄一定的电荷，则向比较器81的另一方的输入端子（－侧输入端子）输出一定的电压（基准电压Vth）。

比较器81将输入至＋侧输入端子的电压V1与输入至－侧输入端子的基准电压Vth进行比较，并根据其结果来控制开关元件54。

此外，也可以使用单芯片微控制器形成放电控制部66。

图8是对电力温度转换器60的动作进行说明的时序图。此外，图8的上侧的图表示电容器53的电压Vc随时间的变化，中央的图表示分压电路83的输出电压V1随时间的变化以及基准电压产生电路82的输出电压V2随时间的变化。此外，图8的下侧的图表示电阻发热体55的温度T1随时间的变化。

这里，在初始状态下，电容器53的电压Vc为0V，比较器81的输出为“L”，开关元件54是将电容器53与电流线圈51之间电连接的元件。

电容器53的电压Vc随着在电容器53中积蓄的电荷量的增加而上升。在电源线3中流动的电流（即服务器1的消耗电力）越大，则电容器53的电压上升速度越快。

基准电压产生电路82的输出电压V2（单点划线）随着电容器53的电压Vc的上升而上升，之后在一定的电压（基准电压Vth）饱和。另一方面，分压电路83的输出电压V1随着电容器53的电压Vc上升而继续上升。而且，若分压电路83的输出电压V1达到基准电压Vth，则比较器81的输出变为“H”。由此，开关元件54将电容器53与电流线圈51之间电分离，将电容器53与发热元件55之间电连接。而且，在电容器53中积蓄的电荷流向电阻发热体55，电阻发热体55的温度T1上升。

之后，若通过放电而使电容器53的电压Vc下降，则比较器81的输出变为“L”，利用开关元件54将电容器53与电阻发热元件55之间电切断，将电容器53与电流线圈51之间电连接。由此，再次开始对电容器53进行充电。以后同样地重复电容器53的充电和放电，每次在电容器53放电时电阻发热体55的温度上升。

在本实施方式中，服务器1的消耗电力越大，则电容器53的电压Vc的上升速度越快，服务器1的消耗电力越大，则电力温度转换器60在越短的时间间隔Δt内反复使温度上升。

图9是表示将横轴作为在电气设备中流动的电流、将纵轴作为时间间隔Δt来对两者的关系进行调查所得的结果的图。如该图9所示，在电气设备中流动的电流越大，时间间隔Δt的值越小。

因此，通过预先在解析装置14中存储有根据图9所示那样的数据制作的校正表，能够由时间间隔Δt求出服务器1的消耗电力。

在本实施方式中也能够得到与第一实施方式相同的效果。

第三实施方式

图10是对第三实施方式所涉及的电力测定系统进行说明的示意图。本实施方式的电力测定系统与第一实施方式的电力测定系统的不同点是电力温度转换器的构造不同，其它的构造基本上与第一实施方式相同，所以省略重复部分的说明。

如图10所示，电力温度转换器70具备与电源线3串联连接的电阻发热体（分流电阻）75。电阻发热体75因在电源线3中流动的电流而发热，其温度是与电流值对应的温度。本实施方式的电力测定系统30与图1的实施方式相同，使用光纤12、13、温度测定装置（未图示）以及解析装置（未图示）来测定电力温度转换器70的温度，并根据该测定结果求出各服务器1的消耗电力。

在本实施方式中，也能够得到与第一实施方式相同的效果。此外，在本实施方式中，在电源线3中流动的电流不论是交流还是直流，都能够测定服务器1（电气设备）的消耗电力。

此外，在上述各实施方式中，对均使用电阻发热体作为温度变化元件的情况进行了说明，但也可以使用珀尔贴元件等热电元件作为温度变化元件。在使用了珀尔贴元件的情况下，也能够构成为温度随在电源线3中流动的电流而降低，并能够根据温度的降低量计算出电气设备的消耗电力。

此外，在上述各实施方式中，均对电气设备是服务器的情况进行了说明，但当然也并非由此而将电气设备限定于服务器。例如，也可以将收纳有多个服务器的1台机架作为1台电气设备，还可以将其它的消耗电力的各种装置作为电气设备。

Claims (14)

1.一种电力测定系统，其特征在于，具有：

电力温度转换器，其被安装于电气设备的电源线，且其温度根据在所述电源线中流动的电流而变化；

温度测定装置，其测定所述电力温度转换器的温度；以及

解析装置，其根据由所述温度测定装置测定的所述电力温度转换器的温度的测定结果来对由所述电气设备消耗的电力进行解析，

所述电力温度转换器具有：

线圈，其被安装于所述电气设备的电源线，通过电磁感应输出与在所述电源线中流动的电流对应的大小的电流；

整流元件，其对所述线圈的输出电流进行整流；

电容器，其被供给由所述整流元件整流后的电流，而积蓄电荷；

温度变化元件，其温度根据从所述电容器放电的电流而变化；

开关元件，其将所述电容器的连接目的地在所述整流元件与所述温度变化元件之间切换；以及

放电控制部，其控制所述开关元件。

2.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述温度测定装置是将光纤作为温度传感器来测定所述电力温度转换器的温度的装置。

3.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述温度变化元件是电阻发热体。

4.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述放电控制部每隔一定时间切换所述开关元件。

5.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述放电控制装置每当所述电容器的电压达到一定电压时切换所述开关元件而使所述电容器放电。

6.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述解析装置根据由所述温度测定装置测定出的所述电力温度转换器的温度变化量来求出所述电气设备的消耗电力。

7.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述温度测定装置根据所述电力温度转换器的温度变化的频率求出所述电气设备的消耗电力。

8.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

所述电力温度转换器由与所述电气设备的电源线串联连接的电阻发热体构成。

9.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

该电力测定系统还具备第二光纤，该第二光纤对所述电力温度转换器的周围的温度进行测定，

所述解析装置基于所述电力温度转换器的温度与所述周围的温度之差，求出所述电气设备的消耗电力。

10.根据权利要求1所述的电力测定系统，其特征在于，

利用从所述线圈供给的电力来驱动所述电力温度转换器。

11.一种电力温度转换器，其特征在于，具有：

线圈，其被安装于电气设备的电源线，通过电磁感应而产生与在所述电源线中流动的电流对应的大小的电流；

整流元件，其对在所述线圈中产生的电流进行整流；

电容器，其被供给由所述整流元件整流后的电流，而积蓄电荷；

温度变化元件，其温度根据从所述电容器放电的电流而变化；

开关元件，其将所述电容器的连接目的地在所述整流元件与所述温度变化元件之间切换；以及

放电控制部，其控制所述开关元件。

12.根据权利要求11所述的电力温度转换器，其特征在于，

所述放电控制部每隔一定时间切换所述开关元件。

13.根据权利要求11所述的电力温度转换器，其特征在于，

所述放电控制装置每当所述电容器的电压达到一定电压时切换所述开关元件而使所述电容器放电。

14.根据权利要求11所述的电力温度转换器，其特征在于，

所述温度变化元件是电阻发热体。