CN103620520A - 基于发电机容量的功率封顶 - Google Patents

Abstract

一种数据中心可以将发电机用于备用电源，其中备用发电机能够服务小于数据中心的最大功率负荷。可以服务小于最大功率负荷的发电机的使用可以通过用于数据中心的功率策略识别并且由其解决。当市电丧失时，功率策略管理器可以检测数据中心切换到发电机功率，并且可以了解那些发电机的容量。如果该容量小于数据中心的最大功率负荷，那么功率策略管理器可以通过将数据中心中的装备节流至较低的功率水平而卸除负荷。所述策略可以规定要对哪些装备件节流。当市电恢复时，装备的节流可以由功率策略管理器移除。

Description

基于发电机容量的功率封顶

背景技术

数据中心是容纳服务器和其他类型的计算装备的设施。例如，为零售商、银行、学校等等提供在线服务的服务器可以容纳在数据中心中。由于数据中心中容纳的装备的性质并且由于该装备用来提供的服务的类型，对于数据中心处的正常运行时间的期望非常高。尽管由于维修或者软件故障的原因可能存在偶尔的运行中断，但是通常预期不会发生对所述装备的电力服务的突然中断。在一些情况下，装备和运行在装备上的软件未被设计成在电力服务中断的情况下优雅地发生故障。相反地，数据中心被预期向装备提供连续的电功率，使得由于电力服务中断而引起的故障不发生。

为了维持连续的电力服务，数据中心通常装备有备用电力系统。这些备用系统可以包括发电机和不间断电源（UPS）。通常，UPS在市电服务中断的情况下提供短期的功率，以便提供足够的时间将功率切换到备用发电机。因此，对于延长的市电运行中断的大部分持续时间而言，功率由所述发电机提供。理论上，数据中心可以具有足够的发电机容量以便完全替换丧失的市电。然而，向数据中心装备那样的发电机功率量是昂贵的，并且因而在某些情形下可能不是经济上可行的。而且，发电机功率不完全与它替换的市电相同，因为可以在现场使用的发电机的类型可能比这些发电机替换的市电更易受阻抗问题的影响。

发明内容

如果用于信息技术（IT）装备（例如服务器、网络设备、存储设备等等）的功率策略考虑到可用的发电机容量的量以及数据中心当前运行于发电机还是市电上，那么数据中心可以运行于不够大的发电机容量上。当数据中心从市电切换到发电机功率时，数据中心处的IT装备（以及任何其他装备）可以被节流（throttle）以便降低其功耗。因此，如果发电机不能够满足数据中心的全功率负荷，则节流降低功耗以便匹配发电机的容量。当数据中心恢复到市电时，移除节流。

从市电到发电机功率的变化可能出于各种不同的原因而发生——例如，公用服务运行中断、数据中心到电力设施的连接的维修、关于发电机承载数据中心的负荷的能力的预定测试或者出于任何其他原因。如果到发电机功率的变化意外地发生（例如在计划外的电力服务运行中断的情况下），那么该转换可能以如下方式发生。当丧失市电时，用于数据中心的某个UPS（或者多个UPS）继续将功率输送至所述装备。接着，发电机在UPS输送功率的同时启动。用于服务器的功率策略管理器了解可用的发电机容量，因而在UPS输送功率的同时，功率策略管理器将IT装备（或者任何其他装备）向下节流至可以由发电机处理的水平。当发电机准备就绪时，使它们联机，其中将装备被节流回落至发电机可以针对其供电的功耗水平。当市电恢复时，将用于数据中心的功率切换回市电，并且可以移除节流。

本发明内容被提供来以简化的形式引入构思的选择，这些构思在下面的具体实施方式中进一步加以描述。本发明内容并不预期标识要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不预期用来限制要求保护的主题的范围。

附图说明

图1为将发电机用于备用电源的实例数据中心的框图。

图2和图3共同地为在公用源与一个或多个发电机之间转接（transfer）功率的实例过程的流程图。

图4为可以结合本文描述的主题的实现方式使用的实例部件的框图。

具体实施方式

数据中心是容纳服务器和其他类型的计算装备的设施。数据中心可以采取容纳装备的永久性结构、用于这样的装备的临时性和/或便携式容器、搭配中心的形式，或者任何其他形式。数据中心可以用来容纳实现网站、数据库或者其他类型的在线服务的服务器。零售商、银行、学校、政府等等使用数据中心提供其计算服务中的许多服务。数据中心中的装备和软件可能未被设计成容忍突然的电力服务破坏。由于家庭和办公室通常没有备用系统，因而家庭计算机和消费类软件相对容忍突然的电力服务运行中断。然而，在数据中心中，期望的是数据中心即使在电力设施不能提供功率的情况下也将向装备提供连续的功率。为了满足这个期望，数据中心典型地具有备用电源系统，包括现场发电机。

典型地，发电机被认为是市电的完全替换。因此，数据中心典型地具有足够的现场发电机容量以便承载中心的装备将消耗的最大功率负荷。发电机购买和维护起来是昂贵的，因而保持足够的发电机容量以承载最大功率负荷是昂贵的。然而，困难的是向中心配置低于足够的发电机容量以承载最大功率负荷，因为所述装备典型地不根据其是运行于市电上还是发电机功率上而调节其功耗。

本文描述的主题通过考虑数据中心的功率策略的发电机容量部分而允许向数据中心装备低于足够的发电机容量以承载中心的最大负荷。当数据中心运行于发电机功率上时，可以将数据中心中的IT装备（或者数据中心中的任何其他装备，例如泵、压缩机、风扇等等）向下节流至可以由发电机维持的水平。当中心变回到市电时，移除节流。

切换至发电机功率可能出于各种不同的原因而发生——例如，意外的电力设施运行中断、数据中心到设施的连接的预定维修或者数据中心运行于发电机功率上的能力的预定测试。在意外的电力设施运行中断的情况下，发电机与市电之间的转换可以如下工作。当丧失市电时，不间断电源（UPS）向数据中心的装备提供临时性的连续功率。（在数据中心处可以存在多个UPS，但是为了简单起见，本文的描述将参照单个UPS。）当UPS供电时，发电机启动。此外，当UPS供电时，功率策略管理器获悉系统就要开始在发电机功率上操作，并且确定发电机可以提供多少功率。（发电机提供的功率量可以变化——例如，某个发电机可能被取出以供检修，这将数据中心的发电机容量降至中心的正常发电机容量之下。）功率策略管理器于是对装备节流，以便将装备的功率消耗降低至发电机可以处理的水平。该节流在UPS向装备供电的同时发生。当发电机联机并且准备提供功率时，所述装备开始从发电机汲取功率。市电/发电机功率与UPS功率之间的变化可以利用一个或多个转接开关完成，或者可以通过UPS本身完成。由于装备在UPS供电的同时被节流，因而到变化为发电机功率发生时，数据中心的功耗已经向下节流至发电机可以服务的水平。当市电恢复时，装备可以从发电机功率变回到市电，并且节流可以被移除。

现在转向附图，图1示出了将发电机用于备用电源的实例数据中心100。数据中心100通常接收来自市电电源104的功率102。可以存在多个发电机106、108和110，这些发电机可以在市电电源104不能提供功率的情况下——例如在意外的市电运行中断的情况下向数据中心100提供功率102。发电机106-110可以连接到备用电源总线112，该备用电源总线进而连接到数据中心100，从而允许发电机106-110服务数据中心100。如图1中所示，发电机106-110的总容量可能小于将被汲取以满足数据中心100中的装备的最大功率负荷的全容量。

数据中心100可以包含允许将来自市电电源104或发电机106-110的功率分配给数据中心100中的各件装备的功率输送基础设施122。功率输送基础设施122可以包括多个不间断电源（UPS）和多个转接开关。UPS是一种可以在来自公用设施或发电机的功率输送发生故障的情况下输送来自存储的储备物的功率的设备。典型地，UPS化学地（在电池中）或者机械地（在飞轮中）存储能量，并且可以在市电与发电机功率之间进行切换时临时地输送功率。转接开关为具有两个功率输入和一个功率输出的设备。在正常操作中，转接开关将功率从其第一输入传送至输出。但是，如果第一输入处丧失了功率，那么转接开关无缝地转移到第二输入，并且将功率从第二输入输送到输出。因此，转接开关的第一输入典型地连接到市电和/或发电机功率，并且第二输入典型地连接到UPS。转接开关的输出典型地连接到一件或多件装备的电源供应器。因此，如果丧失了市电，那么转接开关将功率从公用设施转接到UPS，并且允许连续地输送到转接开关的负载的功率。当使发电机联机时，发电机通过转接开关的第一输入提供功率，因此转接开关将功率转移离开UPS并且转移到发电机。（应当指出的是，前面的描述是一个实例拓扑结构，但是本文的主题并不限于以任何特定拓扑结构布线和/或具有任何特定部件组的数据中心。相反地，本文描述的数据中心可以使用任何适当的拓扑结构以及任何适当的部件组来实现）。

数据中心100可以包含各种不同类型的装备。该装备包括服务器114、冷却装备116（例如风扇和空调）、联网装备118和任何其他装备120。服务器通常用来运行与外部世界交互的软件（例如web服务器），或者服务面向外部的服务器的软件（例如后台或者中间层软件）。（术语“IT装备”在本文中可以用来指称诸如服务器、网络装备、数据存储设备等等之类的装备）。

功率策略管理器124实现用于IT装备和其他类型的装备的功率策略。功率策略管理器124可以执行描述如何在整个数据中心100中管理功率的策略126。例如，在热天，策略126可以规定将空调开到较高功率，或者将IT装备（或其他装备）开到较低功率（其任一个将导致中心更冷）。策略126也可以规定这样的规则，例如在不活动若干分钟之后关断盘驱动器，或者在网络流量低时关断某些网络连接。在本文描述的主题中，策略126也可以规定如何根据数据中心100是运行于来自发电机106-110的功率上还是来自市电电源104的功率上对IT装备（或者其他装备）节流。

功率策略管理器124可以了解有多少发电机可用。例如，人类管理员可以连续地更新关于有多少发电机可用的信息，或者功率策略管理器124可以具有可以检测可用的发电机容量的传感器。如上面所描述的，可用的总发电机容量可能不足以在其最大功率负荷下对全部数据中心100供电，因此策略126可以规定如何考虑到可用的发电机容量的量而卸除（shed）该负荷。一种卸除负荷的方式是在系统由发电机供电时将IT装备（或者任何其他类型的装备）向下节流至较低的功率水平。策略126可以规定要对哪些服务器节流以及要对那些服务器上的什么特定部件节流（例如通过降低时钟速度对处理器节流，通过限制网络吞吐量对网卡节流）。或者，策略126可以规定选择要对哪些服务器节流的特定方式。例如，基于什么应用程序由不同的服务器执行，不同的服务器可以在不同的时间做不同的工作量。例如，法语搜索引擎可能在法国的白天期间做比法国的夜间更多的工作。因此，如果数据中心100在加利福尼亚的白天、但是在法国的夜晚的时间切换到发电机功率，那么对运行法语搜索引擎的服务器节流比对运行用于加利福尼亚银行的网站的服务器节流更有意义。策略126可以在决定对哪些服务器节流时考虑到这些类型的因素。

功率策略管理器124可以是在用来控制数据中心100处的操作的计算机上执行的软件。然而，功率策略管理器124可以以硬件或者以任何其他适当的形式实现。

图2和图3示出了在公用源与一个或多个发电机之间转接功率的实例过程。在转向图2和图3的描述之前，应当指出的是，图2和图3中包含的流程图通过实例的方式参照图1中所示的部件进行描述，尽管图2和图3的过程可以在任何系统中实施并且不限于图1中所示的情境。此外，图2和图3中的流程图示出了其中过程的各阶段以如连接功能块的线所指示的特定顺序实施的实例，但是这些示图中所示的各个不同的阶段可以以任何顺序或者以任何组合或子组合执行。

在202处，数据中心运行于市电上。在204处，市电停止向数据中心提供功率。例如，提供市电的电力设施可能经历意外的、非预定的电源运行中断。或者，该公用设施可能由于预定的维修而中断功率。或者，举另一个实例而言，数据中心的运营商可能想要在发电机功率下测试数据中心的行为，并且因此可能使得市电电源脱机，即使该公用设施能够提供功率。204处市电的故障或断开可能出于任何原因或者在任何情况下发生。

在206处，在紧接着市电断开或故障的时间段中，数据中心可以在UPS功率而不是市电或发电机功率上操作。在UPS功率上操作数据中心的一种实例方式是通过使用如上面所描述的转接开关，但是UPS可以通过任何适当的机制输送功率。（应当指出的是，上面描述的拓扑结构仅仅是一个实例。本文的主题并不限于利用任何特定拓扑结构布线的数据中心。而且，本文的主题可以使用任何适当类型的部件实现，并且不限于上面描述的特定实例部件）。

在208处，用于数据中心的发电机启动。当发电机启动时并且当数据中心由一个或多个UPS供电时，数据中心中的装备的负荷可以被向下节流至处于发电机的容量内的水平（210处）。该节流可以例如由功率策略管理器执行。功率策略管理器可以连接到允许它检测数据中心何时从市电变化到发电机功率的传感器。功率策略管理器也可以在任何给定时间了解有多少发电机容量可用。（如上面所指出的，该知识可以由人类管理员或者通过自动传感器提供给功率策略管理器。）因此，功率策略可以确定要降低以便停留在发电机的容量内的功率负荷的量，并且可以对装备的负荷向下节流至该水平。数据中心的发电机容量可以低于数据中心在其所有装备运行于全功率上时汲取的最大负荷。发电机的这种欠容量的原因可能在于，数据中心被设计成具有小于满的发电机容量以便降低数据中心的成本（功能块212），或者可能在于，在功能块214处该中心具有承载其最大负荷的足够容量，但是这些发电机中的一个或多个脱机（例如在其中发电机脱机以供维修的情况下）。

应当指出的是，一个或多个UPS可能能够承载数据中心的全负荷（但是仅仅针对数分钟或者数秒钟），因此，节流可以在数据中心运行于UPS功率上的同时发生。按照这种方式，到变化为发电机功率发生时，数据中心在较低的水平下操作。

在216处，切换到发电机功率。此时，数据中心中的装备由所述一个或多个发电机供电。此时，数据中心中的装备的负荷足够低，以致该负荷可以由发电机服务。然而，在本文主题的一个实例非限制性变型中，使得装备的负荷低于可以由发电机服务的容量，并且在使得发电机缓慢地联机的同时逐渐地增加（218处）。使得功率负荷低并且然后缓慢地使得负荷回升，可以使得到发电机功率的转移更加稳定。将负荷节流至显著低于发电机容量并且然后随着发电机联机逐渐地增加负荷的动作可以是功率管理策略的一部分。策略的这个方面可以由上面结合图1描述的功率策略管理器实现。

在220处，数据中心运行于发电机功率上。在222处，市电变得再次可用。因此，在224处，数据中心切换回市电，并且可以使发电机失活。由于功率现在由公用设施提供（226处），发电机容量不再是数据中心可以汲取的功率量的限制，因此移除节流（228处）。

图4示出了其中可以部署本文描述的主题的方面的实例环境。

计算机400包括一个或多个处理器402和一个或多个数据记忆部件404。处理器402典型地为微处理器，例如个人台式机或者膝上型计算机、服务器、手持式计算机或者另一种计算设备中找到的处理器。数据记忆部件404为能够短期或长期地存储数据的部件。数据记忆部件404的实例包括硬盘、可移除盘（包括光盘和磁盘）、易失性和非易失性随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存、磁带、网络附接数据存储服务，例如网络附接存储（NAS）设备或存储区域网络（SAN）等等。数据记忆部件是计算机可读存储介质的实例。计算机400可以包括显示器412或者与其关联，该显示器可以是阴极射线管（CRT）监视器、液晶显示器（LCD）监视器或者任何其他类型的监视器。

软件可以存储在数据记忆部件404中，并且可以在所述一个或多个处理器402上执行。这样的软件的一个实例是发电机感知功率策略管理软件406，其可以实现上面结合图1-3所描述的功能中的一些或全部，但是也可以使用任何类型的软件。软件406可以例如通过一个或多个部件实现，所述部件可以是分布式系统中的部件、单独的文件、单独的函数、单独的对象、单独的代码行等等。其中将程序存储在硬盘上、加载到RAM中并且在计算机的处理器上执行的计算机（例如个人计算机、服务器计算机、手持式计算机等等）是图4中所描绘的情境的典型，但是本文描述的主题并不限于这个实例。

本文描述的主题可以被实现为存储在数据记忆部件404中的一个或多个上并且在处理器402中的一个或多个上执行的软件。举另一个实例而言，所述主题可以被实现为存储在一个或多个计算机可读存储介质或者计算机可读存储器上的指令。诸如光盘或磁盘之类的有形介质是存储介质的实例。这些指令可以存在于非暂时性介质上。这样的指令在由计算机或者其他机器执行时可以使得该计算机或者其他机器执行方法的一个或多个动作。执行动作的指令可以存储在一个介质上，或者可以跨多个介质散布，使得这些指令可以集体地出现在所述一个或多个计算机可读存储介质上，而不管所有这些指令是否碰巧在相同的介质上。应当指出的是，在信号“存储”于其上的介质（其可以称为“存储介质”）与——截然相反——传送传播的信号的介质之间存在区别。DVD、闪存、磁盘等等是存储介质的实例。另一方面，其上短暂地存在信号的导线或光纤是暂时性信号介质的实例。

此外，本文描述的任何动作（不管是否在示图中示出）可以作为方法的部分由处理器（例如处理器402中的一个或多个）执行。因此，如果本文描述了动作A、B和C，那么可以执行包括动作A、B和C的方法。而且，如果本文描述了动作A、B和C，那么可以执行包括使用处理器执行动作A、B和C的方法。

在一个实例环境中，计算机400可以通过网络408通信连接到一个或多个其他设备。可以在结构上与计算机400类似的计算机410是可以连接到计算机400的设备的一个实例，但是其他类型的设备也可以这样连接。

本文的主题提及“不间断”电源（UPS）。应当理解的是，UPS是一种在市电电源（或者其他电源）发生故障的情况下输送功率的部件类型。然而，UPS本身易于遭受故障。它们可能用掉存储的功率，或者它们可能间断，或者它们可能经历在一些情景中可以被理解为“中断”的各种其他类型的故障。因此，应当指出的是，UPS易于遭受故障或者它可能在各种不同的情形下不能输送功率这一事实没有使UPS丧失其作为不间断电源的地位。

尽管以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了本主题，但是应当理解的是，在所附权利要求书中限定的本主题不必限于上面描述的特定特征或动作。相反地，上面描述的特定特征和动作作为实现权利要求的实例形式而被公开。

Claims (10)

1.一种管理数据中心中的功率负荷的方法，该方法包括：

确定用于所述数据中心的市电电源发生故障；

将所述数据中心变化为接收来自不间断电源（UPS）而不是来自所述市电电源的功率；

当所述数据中心在所述不间断电源（UPS）上操作时，使用功率管理策略对所述数据中心中的服务器节流至低于所述数据中心处的多个备用发电机的总容量的功率水平，所述总容量小于所述数据中心中的装备所汲取的最大功率量；

在对所述服务器节流之后，将用于所述数据中心的功率从所述不间断电源（UPS）变化到所述发电机；

在所述用于所述数据中心的功率变化到所述发电机之后，确定所述市电电源可用；

将所述数据中心从所述发电机变化回所述市电电源；以及

停止对所述服务器节流。

2.权利要求1的方法，其中所述对所述服务器节流将所述负荷降低至所述总容量之下，并且其中该方法进一步包括：

在使得所述发电机联机的同时逐渐增加所述服务器上的节流。

3.权利要求1的方法，进一步包括：

通过使所述数据中心处的一定发电机停止运行而使得所述发电机的所述总容量小于在所述数据中心的最大负荷下由所述数据中心汲取的功率量。

4.权利要求1的方法，所述功率管理策略基于什么软件运行在服务器上或者基于节流发生的日时规定要对哪些服务器节流。

5.一种数据中心，包括：

多个服务器；

到市电电源的连接；以及

功率策略管理器，其运行在所述数据中心中的计算机上，其确定所述市电电源不向所述数据中心提供功率，其确定在所述数据中心中启动了多个发电机，其确定所述发电机的总容量小于在所述数据中心的最大负荷下由所述数据中心汲取的功率量，其对所述服务器节流以便将所述服务器的负荷降低至所述总容量处或者之下，并且其将用于所述数据中心的功率切换到由所述发电机提供的功率；

存在由所述功率策略管理器实现的功率策略，所述功率策略规定当所述数据中心由所述发电机供电时要对所述服务器节流。

6.权利要求5的数据中心，其中所述功率策略管理器确定所述市电电源变得可用并且在用于所述数据中心的功率切换回所述市电电源之后停止对所述服务器节流。

7.权利要求5的数据中心，其中对所述服务器节流将所述负荷降低至所述总容量之下，并且其中在使所述发电机联机的同时，所述功率策略管理器逐渐增加所述服务器上的节流。

8.权利要求5的数据中心，其中所述功率策略管理器使用传感器检测所述市电电源停止向所述数据中心提供功率。

9.权利要求5的数据中心，其中所述数据中心通过在所述市电电源可用时停止使用所述市电电源而造成所述发电机的使用以便测试所述发电机。

10.一个或多个计算机可读介质，其存储了可执行指令以管理数据中心中的功率负荷，这些可执行指令在由计算机执行时使得计算机执行这样的动作，这些动作包括：

确定市电未提供给所述数据中心；

对所述数据中心中的装备节流以便将所述数据中心中的装备的负荷降低至多个发电机的总容量处或者之下，所述总容量小于在所述数据中心的最大负荷下由所述数据中心汲取的功率量，所述装备包括；以及，

将用于所述数据中心的功率切换到由所述发电机提供的功率。

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