CN104145394B - 用于检测分支电路负载不平衡的系统、方法及设备 - Google Patents

Abstract

本文呈现了用于检测多相分支电路负载不平衡的系统、方法以及设备。公开了，用于检测多相配电系统中的负载不平衡的方法，该方法包括：确定板(12)的每个空间(14)与相应的电路(16)之间的关联；接收指示负载不平衡的电参数数据；接收指示负载活动的系统参数数据；确定电参数数据的平均值；确定系统参数数据的总值；确定将系统参数和电参数关连的模型；确定电参数的平均值是否是不平衡的；如果是的，使用所述模型和系统参数的总值确定模型化的电参数值；确定电参数的平均值是否与模型化的电参数值相对应；并且如果不是，输出负载不平衡存在的指示。

Description

用于检测分支电路负载不平衡的系统、方法及设备

技术领域

本公开一般涉及多相配电系统，并且更具体地涉及多相分支电路负载不平衡检测系统。

背景技术

常规的公用事业网络供应用于商业、住宅以及工业用途的公用事业设备。例如，在典型的配电系统中，电能由供电商或者公用事业公司产生并且通过配电系统网络被分配到消费者。电力分配网络常常是配电线路(更普遍地称为“电传输线路”)网络，其连接供电商和其消费者。诸如母线、开关(例如，断路器或者切断开关)、电力变压器以及仪器变压器的通常被布置在开关站和/或架中的附加设备自动进行控制、保护、测量并且监测变电站。

通常，来自公用事业设备的电力通过配电电缆从主站馈送到若干本地变电站。在本地变电站处，通过配电变压器将供电从配电器电缆上的相对高电压转换成被供应给最终消费者的较低电压。通过给各种负载供应电力的分布式电力网络，来自本地变电站的电力被提供给工业用户。例如，这些负载可以包括各种电力机器、照明设备、HVAC系统等等。

目前，三相的电力多相系统是全世界范围内使用的交流电电力传输和分配的最常用的装置。在三相系统中，三个电路导体承载三路交流电，其具有相同的频率，但是在不同的时间点达到它们的瞬时峰值。将电路导体中的一个用作参考点，其它两路电流在时间上延迟了电流的一个周期的三分之一和三分之二。相之间的这种延迟在电流的每个周期上提供恒定的电力传送，并且还可能产生用于电动机的旋转磁场。三相电力传输相对于其单相和两相的对应物的最普遍认可的优势是，三相系统可以使用更少的导电材料传输更多的电力。

在典型的三相配电环境中，每个相供应一个或者多个分支电路。例如，在商业设施中，一个分支电路可能供应机器，而另一个电路可能供应照明设备，另一个电路可能供应HVAC等等。在三相配电网络中频繁出现的问题是如何将来自三个输入相的电力均匀分配给每个分支电路。通常，随着时间推移，设施的负载拓扑将改变，并且有时显著地改变。例如，由于在工厂地板上改变或者移动机器或者在住宅环境中添加诸如冰箱、电炉、家庭娱乐组件等的高功率配件，一些分支电路的负载将变得更重，而其它电路的负载变得不太重。因此，三个输入相中的每一个输入相上的负载还将随着分支电路上的负载的变化而变化，因此起初平衡的三相网络可能随着时间推移变得不平衡。

在迅速扩展的数据中心，维持所有三个相之间的负载平衡是一个挑战。从单个3相电路到分支板的不平衡的负载可能引起问题。在最低级处，单个3相Y字形连接的电路可以馈送三个独立的120V负载。在一种不希望的情况中，电路的有效容量可能被减少2/3(相A上30A，相B和相C上0A)，并且留下多余的、无用的供应容量。在缺乏电路的数据中心中，这种不平衡可能引起不必要的跳闸并且阻止数据中心的扩展。在分支板级处，该问题被放大了。在完全平衡的板中，每个相将承载三分之一的负载。然而，由于机架、服务器以及IT装置例如被联网或者被去除，很容易不小心使相中的一个或者两个相过载。此外，当地运营法令可能要求负载在分支电路中是均匀成比例的；数据中心运营者冒着由于违反该规范导致的罚款或者其它处罚的风险。

在大多数的数据中心中，电力是阻止设施扩展的限制因素之一。确保每个多相电路的负载在多个相之间平衡增加了有效的系统容量并且减少了不希望的滋扰断路器跳闸。虽然相负载不平衡检测算法已经可用于电力仪表，但没有用于最终的配电板中的每个多相电路的专用仪表。因此，电路中的不平衡不可能对上游仪表可见。

发明内容

本文公开了将向数据中心运营者报警整个三相配电系统中的负载不平衡的系统。在一些实施方式中，用户配置可接受的不平衡级别并且系统针对不平衡监测各个多级电路、板以及电源分配单元(PDU)。当阈值被打破时，报警产生，并且在某些配置中，工作命令被创建，其可以允许技术人员或者运营者分析该系统并且做出必要的改变，以使系统恢复到调准状态。在某些配置中，系统从板获取每级安培读数并且获取每个板的干线上的安培读数。

不同于从配电板向上游检测负载不平衡的传统的监测系统，所公开的系统中的一些没有利用用于每个多相电路的单个仪表；而是，分支电路监测仪被用于监测板中的每个空间。下游负载是非常动态的并且通常需要算法逻辑来确定负载不平衡是否确实存在。为了确保适当的负载平衡，所公开的概念中的一些包括电路板空间到相的映射、以及多个电路测量随时间推移的统计分析。确保电路的各相之间的适当的负载平衡减小了断路器跳闸的风险，并且增加了可用的电力容量。

根据本公开的各方面，呈现了用于检测具有多个电路和具有多个空间的板的多相配电系统中的负载不平衡的方法。所述方法包括：确定板的每个空间与电路中的相应电路之间的关联；接收指示负载不平衡的电参数数据；接收指示负载活动的系统参数数据；确定电参数数据的平均值；确定系统参数数据的总值；至少部分基于板的空间和电路之间的关联、电参数数据以及系统参数数据，确定将系统参数和电参数关连的模型；确定电参数的平均值是否是不平衡的；如果电参数的平均值是不平衡的，那么使用模型和系统参数的总值确定模型化的电参数值；确定电参数的平均值是否与模型化的电参数值相对应；并且如果电参数的平均值不与模型化的电参数值相对应，那么输出负载不平衡存在的指示。

本公开的其它方面涉及计算机程序产品，包括其上承载了指令集的一个或者多个非暂时性的计算机可读介质。该指令集被配置为，在由一个或者多个控制器执行时，引起负载不平衡检测系统完成以下动作：确定多相配电系统中的配电板的每个空间与多个电路中的相应电路之间的关联；接收指示负载不平衡的电参数数据；接收指示负载活动的系统参数数据；确定电参数数据的平均值；确定系统参数数据的总值；至少部分基于电参数数据和系统参数数据，确定将系统参数和电参数关连的模型；确定电参数的平均值是否是不平衡的；如果电参数的平均值是不平衡的，那么使用系统参数的模型和总值确定模型化的电参数值；确定电参数的平均值是否与模型化的电参数值相对应；并且如果电参数的平均值不与模型化的电参数值相对应，那么输出负载不平衡存在的指示。

根据本公开的其它方面，计算机实施的方法的特征为检测具有多个机架的数据中心的多相配电系统中的分支电路负载不平衡。该配电系统包括被电连接至具有多个空间的配电板的多个多相电路。所述方法包括：产生系统的映射，该映射包括板的每个空间与多相电路中的相应电路之间的联系、以及多相电路中的每一个电路与数据中心中的机架中的相应机架之间的联系；收集配电系统的历史数据的基准；为所述空间中的每个空间监测相应的电参数，所述电参数指示配电板下游的分支电路级处的负载不平衡，并且所述电参数包括每相的电流或者每相的功率，或者两者；监测指示多相电路中的每个电路上的负载活动的相应的系统参数，该系统参数包括CPU操作或者磁盘活动，或者两者；计算关于所述空间中的每个空间的被监测的电参数的相应的滚动的每日平均值；计算关于多相电路中的每个电路的被监测的系统参数的相应的滚动的每日总值；创建在预定时间段中的将系统参数与电参数关连的线性回归模型，该线性回归模型至少部分根据系统的映射、监测的电参数的平滑表示、监测的系统参数的平滑表示、以及历史数据的基准来创建；确定关于每个空间的滚动的每日平均值是否是不平衡的；如果滚动的每日平均值中的至少一个是不平衡的，那么使用线性回归模型和监测的系统参数的滚动的每日总值计算模型化的电参数值；确定滚动的每日平均值中的不平衡的平均值是否与模型化的电参数值相对应；并且如果滚动的每日平均值中的不平衡的平均值不与模型化的电参数值相对应，那么产生指示负载不平衡存在的警报。

根据本公开的甚至又一方面，一个或者多个非暂时性的计算机可读存储介质被编码为具有用于引导多相分支电路负载不平衡检测系统执行本文所公开的任何方法的指令。

以上概述不旨在代表本公开的每个实施方式或者每个方面。而是，前述概述仅仅提供本文所包括的新颖性特征中的一些范例。结合附图和所附权利要求考虑时，从下文用于执行本发明的实施方式和最佳方式的详细描述，本公开的以上特征和优势以及其它特征和优势将容易变得明显。

附图说明

图1是根据本公开的各方面的示例性数据中心机架电力配置的局部示意性透视图图示。

图2是根据本公开的各方面的两种代表性的机架电力杆插座的相配置的示意图。

图3是示出根据本公开的各方面的不恰当的相负载配置的代表性多相配电系统的电气图。

图4是示出根据本公开的各方面的不恰当的相负载配置的另一个代表性的多相配电系统的电气图。

图5是示出了根据本公开的各方面的检测多相分支电路中的负载不平衡的方法的高级概览的流程图。

图6是示出了根据本公开的各方面的CPU操作收集工作流程的流程图。

图7是示出了根据本公开的各方面的CPU负载计算的另一个代表性的多相配电系统的电气图。

图8是示出了根据本公开的各方面的分析模块的流程图。

图9是示出了根据本公开的各方面的通知模块的流程图。

图10是示出了根据本公开的各方面的CPU操作对相安培值的线性回归模型的图。

图11是根据本公开的各方面的具有三相电路中的每相的代表性每日平均相电流的表。

图12是根据本公开的各方面的三相电路中的每相的另一个代表性每日平均相电流的表。

虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经通过示例的方式在附图中示出了具体的实施方式，并且其将在本文中被详细描述。然而，应当理解，本公开不旨在受限于所公开的特定形式。而是，本公开将覆盖落入本发明的由所附权利要求限定的实质和范围之内的所以修改、等价物以及替代物。

具体实施方式

虽然本发明容许采用许多不同形式的实施方式，但附图中示出了并且本文将详细描述本发明的优选实施方式，同时应该理解，本公开将被视作本发明的原理的范例并且不旨在将本发明的广泛的方面限制到所示出的实施方式。在这一程度上，在例如摘要、概述以及详细描述部分中公开的、但没有在权利要求中明确阐述的元件和限制，其不应当通过暗示、推断或者其它方式被单独地或者共同地并入到权利要求。出于本详细描述的目的，除非进行了明确否认，否则：单数包括复数并且反之亦然；词语“和”及“或”应该既是连词又是转折词；词语“所有”表示“任意和所有”；词语“任意”表示“任意和所有”；并且词语“包括”表示“无限制地包括”。此外，例如，诸如“大约”、“几乎”、“实质上”、“接近”等的近似词语在本文中能被用于以下的意思：例如，“处于、在附近、或者几乎处于”、或者“在3-5％之内”、或者“在可接受的制造公差之内”、或者其的任何逻辑结合。

现在参考附图，其中在几个附图中，相同的参考标号指代相同的组件，图1示出了根据本公开的各方面的被整体指示为10的示例性数据中心机架电力配置。出于示例性和描述性的目的，数据中心10是用于容纳计算机系统和相关联的组件的设施，其在本文中由配电板12、分别为14A、14B以及14C的VA、VB以及VC板极(或者“空间”)、3相电路16、电力杆18、机架20以及监测系统表示，其中所述监测系统由监测设备22和计算机24表示。仅示出了数据中心10的选定组件被并且将在下文进行更详细的描述。尽管如此，本文所讨论的数据中心配置可以包括许多附加组件和替代组件，例如，诸如控制模块、冗余和备用电源、总线、存储设备、保险丝配件、安全开关、传感器配件、计算设备、以及其它公知的外围组件。由于这些组件在本领域中是公知的，故本文将不更详细地描述它们。类似地考虑，所公开的概念中的许多适用于需要检测分支电路负载不平衡的其它分布式计算环境和其它配电应用中；因此，所公开的概念本质上不局限于数据中心应用。例如，从于2011年12月16日递交的、编号为PCT/US2011/065554的共同拥有的国际专利申请中可以发现关于数据中心、协同定位中心、分布式计算机系统、以及相关的配电网络的额外信息，并且出于所有目的，上述专利申请通过引用方式被整体并入到本文。

图1中被整体指定为26的三相馈电设备将来自电力分配单元(PDU)的电力分配到配电板12。配电板12可以采取各种形式，一些采用配电盘或者负载中心的形式，其起着容纳配电系统中的一个或者多个电气组件的作用。例如，在图1中示出的实施方式中，配电板12是容纳若干电路断路器28等的42极、3相的最终配电盘，所述断路器28中的每一个都可以由50安培、3极、3相、208伏特的电路断路器表示，所有这些都可购自美国Palatine,IL的施耐德电气(SquareD公司)。

经由3相电路16，通过板极14A、14B、14C给每个机架提供电力。在数据中心环境下，机架20通常是外壳或者支撑框架，其例如保持诸如服务器、存储阵列、电信设备等的IT硬件。通过非限制性示例的方式，机架20可以是可购自施耐德电气的VDS系列IP20服务器机柜或者VDS系列服务器机架中的任意一种。三相电路16连接至机架电力杆18，其向由机架20容纳的服务器32提供120V或者208V的连接(或者两者)。如图2中所示的，在120V、单相配置中，机架电力杆18A中的每个插座19A提供来自不同相(即，A相、B相、或者C相)的电力。相比之下，对于208V、双相的配置，机架电力杆18B中的插座19B通常在两相之间交替，即，AB、BC、CA。由于三相电路中的每相电路可以单独被访问，确保各相之间的适当的平衡可能是一个挑战。

在本文中，如上提及的监测系统由一个或者多个监测设备22和一个或者多个计算机24表示，但是肯定不受限于监测设备22和计算机24，并且示出了所述监测设备22和计算机24通过通信网络30进行通信。通信网络30可以是有线或者无线网络，或者是使用各种方法、协议及标准中的任意一种的有线和无线技术的组合，所述方法、协议及标准包括令牌环网、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、HTTP、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、JSON、SOAP以及CORBA等等。在一些实施方式中，监测设备16是诸如SquareBCM系列(例如，PowerLogicBCM42或者PowerLogicBCMSC)分支电路监测仪的电力仪表，其可以被配置为报告配电盘12的断路器28中的每个断路器处的电流水平，并且使用例如协议、通过RS-485通信网络向诸如PowerLogicIONPowerLogicSystemManager^TM或者其它兼容系统的系统软件传递电路负载信息。

在其它的实施方式中，监测设备22可以包括一个或者多个智能电子设备(下文称为“IED”)。如本文使用的，IED指具有采样、收集和/或测量能源系统的一个或者多个操作特性和/或参数的能力的任何系统元件或者装置。例如，在电力公用事业设备环境下，IED可以基于例如CM4000T电路监测仪、Series3000/4000电路监测仪、和/或ION7550/7650电力和能源仪表，所有这些设备都可购自施耐德电气，或者IED可以基于任何合适的监测设备(例如，电路监测仪)、继电器、计量设备、或者电力仪表等等。IED可以是基于微处理器的控制器，其可操作以接收来自传感器(例如，光学传感器、热传感器、声学传感器、电容传感器等等)、监测设备、电力装置和/或其它信息源的数据，并且在一些实施方式中，其还可操作为发出控制命令。

通常情况下，数据中心的工作人员将向机架添加服务器或者修改从电力杆引入的电力，而没有真正理解3相配电系统如何操作，并且，因此假设电力杆中的任意一个插座都与其它的相同。为此，电路可能被不恰当加载，诸如图3中所示出的方式，滞留来自其它相的容量。图3是示出了不恰当的相加载配置的代表性的多相配电系统100的电气图。类似于图1的布置，图3的配电系统100包括配电板112，其具有通过3相电路116被连接至机架120的电力杆118的三个极114A、114B以及114C。然而，在图3的情况中，电力杆118是120V、具有三个服务器132都被连接至一个相(例如，示出的实施方式中的A相)的单相配置。当该相上的电流达到预定的跳闸点时，3相电路断路器将跳闸；在最坏的情况下，一个相(即，A相)完成加载(引入50安培)，而其它两相没有负载(引入0安培)。如果板112中的所有其它电路是适当平衡的，那么到板112的主馈线126上的仪表122将能够检测这种不平衡。

通过比较的方式，图4是示出不同的不恰当的相加载配置的另一个代表性多相配电系统200的电气图。图4的配电系统200包括三个机架220A、220B以及220C，其中的每个都通过相应的3相电路216、216B及216C和极214A、214B及214C连接至配电板212。如图4，已经错误配置了多个机架—在第一机架220A中，所有三个服务器232A被连接至第一电力杆218A的C相；在第二机架220B中，所有三个服务器232B被连接至第二电力杆218B的A相；以及，第三机架220C的所有三个服务器232C被连接至第三电力杆218C的B相。板212的主仪表222处的每相负载可能错误地看起来是平衡的。在这种情况下，操作将看起来是正常的，但是可用容量的三分之二已经被滞留。提高这种情况的复杂度，例如，根据其相应的机架220A-C和服务器232A-C对置于电路216A-C上的需求，每个电路216A-C上的负载进行波动。

鉴于上述情况，公开了一种算法过程，以检测电路负载不平衡，是暂时的(例如由多个服务器中的一个中的短暂变化引起的电路负载不平衡)，还是是永久性的(例如，数据中心工作人员需要解决的结构问题)。根据所公开的概念，系统创建关连负载活动(例如，每个机架内的服务器的CPU使用)与电消耗量(例如，每相的电力或者每相的安培数)的模型。然后，系统可以“学习”系统内的每个机架的典型的行为并且比较实际的相读数与模型化的(或者“期望的”)值。结合该模型以及长期平均能源值允许数据中心管理员精确地平衡在其数据中心中的所有三个相上的负载。通常来说，系统将最终的配电板中的每个空间结合成多相电路，监测每个空间的和电路的负载情况，利用统计分析过程分析负载情况以确保每个电路的负载平衡都是最优的，并且如果检测到问题就产生恰当的通知。

图5是用于检测多相配电系统中(例如，分支电路级处)的负载不平衡的方法500的高度概括。如所示，该方法包括四个通用步骤：在方框501处的创建；在方框503处的监测；在方框505处的分析；以及在方框507处的通知；这些步骤中的每一个将在下文中进行更详细地阐释。图5可以表示与至少一些指令对应的算法，所述至少一些指令可以被一个或者多个控制器执行以实施与所公开的概念相关联的所述功能中的任意或者所有功能。对应于算法500的指令可以被存储在非暂时性的计算机可读介质上，诸如被存储在硬盘驱动器或者其它大容量存储设备或者存储器设备上。在一些实施方式中，方法500至少包括以上列举的那些步骤。省略步骤、包括其他的步骤和/或修改所呈现的顺序也在本公开的范围和实质之内。最后，图5的方法500将不时参考图1-4中示出的组件和布置进行描述；尽管如此，所公开的概念不限于此。

在执行方法500之前，或者作为创建方框501的一部分，诸如以上参考图1所论述的监测设备22的一个或者多个分支电路检测仪被安装在配电板12的下游的配电系统中。在一些实施方式中，该分支电路监测仪22被配置为测量板12中的每个空间14A-C的安培数或者功率(或者两者)。

例如，方法500在方框501处包括确定板12的空间14A-C中的每个与配电系统的各种多相电路16中的相应电路之间的关联。在至少一些实施方式中，方框501还包括确定多相电路16中每个电路与板12(例如，机架20)上的负载中的相应负载之间的关联。通过背景，典型的最终配电板具有例如用于单相电路42、两相电路20或者三相电路14的空间。一般来说，没有关于这些电路如何在板中进行分配的限制或者规则；因此，将板中的空间合理地连接至电路可能是必须的。然后将电路中的每个电路映射到它们供电的特定机架也可能是必须的。在许多现代数据中心中，3相电路将为数据中心中的单个机架馈电。3相电路中的每个相与其供电的服务器相关联。例如，3相电路XYZ为第1层第1行机架19馈电，其中在电路XYZ上相A为机架中的服务器1和4供电，相B为服务器2和5馈电，并且相C为服务器3和6馈电。为此，可以产生系统的映射，其包括板12的空间14A-C中的每个空间与相应的多相电路16之间的联系的指示、以及多相电路16中的每个电路与数据中心10中的机架12中的相应机架之间的联系的指示。

连接到每个电路的负载的相对优先级也可以在方框501的执行过程中进行定义。每个空间14A-C作为从上游三相馈电26到单相的电连接进行操作。在示出的实施方式中，当三相电路断路器28被安装在板12中时，空间14A-C被结合。在大多数的数据中心环境中，不是所有的服务器或者机架都是同样重要的——某些机架/服务器比其它更加关键。系统可以因此被配置为允许这些负载的相对优先权的手动配置——即，用户可以指定警报的优先级，因此，如果在电路上识别到不平衡，那么系统将通过通知系统发送具有更高优先级的警报。在某些实施中，例如，基于机架的活动的级别、或者甚至其地面放置的活动的级别，使优先级的分层自动操作也是可能的。因此，方框501还可以包括确定连接到各电路的负载的相对优先级，使得负载不平衡存在的指示可以包括关于具有与其连接的高优先级负载的电路的“高优先级的”警报。

根据本公开的各方面，系统测量、监测、或者此外接收指示不平衡的电参数数据和指示负载活动的系统参数数据。虽然本公开暗示将每相电流测量用作电参数并且将CPU操作用作系统参数，但是如两个其它非限制性的实例，有可能采用其它参数，例如，将每相电力用作电参数并且将磁盘活动用作系统参数。CPU活动通常是以MIPS或者每秒百万条指令进行测量；HD活动通常是以数据通过量进行测量。针对电力公用事业设备，监测系统可以被配置为监测其它电特性，诸如，例如，用作电参数的电压、电流畸变、和/或电压畸变。在电通信(“电信”)环境中，系统还可以将网络活动看作系统参数。这么做的话，系统可以监测每个空间的安培数，以帮助确保其与组成该电路的其它相平衡。一旦开始初始系统设置时就可以执行该步骤，并且在板中的电路配置改变的任何时候再次接着执行该步骤。在此背景下，创建方框501和/或监测方框503可以包括关于监测空间14A-C中的每个空间的指示了配电板的分支电路级下游处的负载不平衡的相应的电参数，以及监测指示了多相电路中的每个电路上的负载活动的相应的系统参数。

随着映射的完成，有可能创建关连系统参数与电参数的“学习”模型。在一些实施方式中，方框501中所创建的模型至少部分基于先前确定的板的各空间与多相电路之间的关联，以及先前收集的电参数数据和系统参数数据。通过非限制性示例的方式，为创建该模型，系统收集历史数据的基准。这样做的话，系统将运行系统的监测部分例如达接近几个星期的时间，以收集关于系统的电使用和操作行为的数据。可选地，历史数据的基准可以被预先编程，和/或如果数据可从另一个被类似配置的系统获得，那么原始数据可以选择性地被导入以创建关于学习模型的基准。

在代表性的应用中，电路数据和CPU操作数据将被用来创建关连预定时间段中的系统参数(例如，CPU操作的数量)与电参数(例如，期望的每相电路安培数)的线性回归模型。例如，如果关于单个独立变量的简单线性模型具有形式y＝mx+b，那么具有多个独立变量的线性模型将具有形式y＝m1x+m2z+…+b。该模型可以获取测量的和/或可观察到的物理系统的特点，并且预测被观察到的特点因果影响的系统的一些其它特点的数值特性。继续以上实例，y是相安培数并且x是CPU操作。参考数据集的获得以及模型的创建可以通过相同的群来完成，或者参考数据集可以通过一个群来获得并且被传递到负责创建模型的另一个群。可以发现关于线性回归模型的其他的信息，例如，在2009年9月16日递交的、编号为12/561,024的共同拥有的美国专利申请(对应于编号为US2011/0066299A1的专利申请公开)中，以及在2011年12月13日递交的、编号为13/323,944的共同拥有的美国专利申请中，并且以引用方式将这两个专利申请以各自的整体并入到本文。

在一些实施方式中，数据可以在创建学习模型之前在方框501中进行“平滑化”。平滑化的数据是一组连续值的代表性概括。电参数和系统参数的直接测量值倾向于“嘈杂的”——在逐秒基础上进行测量时迅速改变，这使得难以辨别可以指示电路不平衡的总体趋势。为了降低这种噪声，一组连续的测量值(例如，每十秒被测量并且一小时的时间内的被集合在一起的值)通过应用产生代表该1小时的时间内的值的概括值的已知的数学操作进行“平滑化”。具体地，所应用的数学操作应该采取行动以去除噪声并且突出三相电路中的各相之间的潜在不平衡。对1小时的时间内的所有10秒的值的简单平均将是产生平滑操作的一个实例。其它实例包括使用每小时产生新的概括值的24小时窗口的滚动的每日平均值。其它实例包括简单的移动平均值、指数移动平均值，等等。因此，在预定的时间段中关连系统参数和电参数的线性回归模型可以至少部分基于被监测的电参数的平滑表示和被监测的系统参数(例如，历史数据的基准)的平滑表示、以及系统的映射。

CPU操作的数量是来自每个服务器的总操作的总和，而功率用平均值获得。因此，当模型被用来计算平均每日值时，其可能必须按时间段数量来划分CPU操作的总数量，以在将CPU操作数据输入到模型之前创建每个时间段的CPU操作的每日平均数量。在一些实施方式中，方框501包括为系统中的每个三相电路中的每相电路创建独立的线性回归模型，以精确地预测系统的性能。

继续参考图5，监测方框503检索关于板12中的每个空间14A-C的信息，并且将该数据传递到分析方框505。通常来说，监测方框503追踪每个空间的安培数。可以增加轮询频率以确保最佳精确度。在一些实施方式中，板12上的主仪表将测量其它的电气部件，但是在每个空间14A-C处只测量安培数。除了来自板12的电力数据以外，系统收集关于每个电路上的负载的信息，因此，其可以创建前述的学习模型。在非限制性的实例中，系统利用对每相执行的CPU操作的总数来表示完成的工作。例如，图7是具有配电板712的代表性多相配电系统700的电气图，其中所述配电板712具有通过3相电路716连接至机架720的电力杆718的三个极714A、714B以及714C。在图7中，关于服务器1和服务器6的CPU操作将被集中在一起，以提供针对相A的总的CPU处理，同时关于服务器2和服务器4的CPU操作将被集中在一起，以提供针对相B的总的CPU处理，并且关于服务器3和服务器5的CPU操作将被集中在一起，以提供针对相C的总的CPU处理。

图6是示出了CPU操作的收集工作流600的流程图。图6示出了监测方框503可以如何收集并且存储CPU操作值的流程。在方框601处，收集了关于每个服务器的服务器CPU操作。该信息可以从如IBM的IT资产管理系统收集，或者直接从服务器自身收集。大多数新的服务器使用SNMP协议简化管理信息的直接提取。在方框603处，CPU操作被记录在例如数据库中，并且被传递到方框605，其中在方框605中，确定了系统中的每个相的总CPU操作值。一旦进行计算，每相的总CPU操作值就在方框607处被记录在例如数据库中，并且在方框609处计算了滚动的每日总的每相CPU操作值。通过说明而非限制的方式，机架中的每个服务器将被连接到插座，所述插座在相应的由单个相馈电的电源板中。该实例中的滚动的每日总CPU操作值是MIPS/MB(或者IT活动的其它度量)的总和，所述MIPS/MB为连接到集中期间发生的每个相的所有服务器进行传送。滚动的每日总CPU操作值不旨在创建IT负载的单个表示，其可以接着与该时间段中的电力需求相关联。注意，滚动的每日总值应该被视作以上描述的平滑表示的示范性实例；因此，可以利用平滑表示的其他实例，诸如先前列出的那些的平滑表示。

接下来转向图8，提供了示出代表性的分析方框的流程图，其通常被命名为800，并且突出系统的主要功能点中的一些。通常来说，方法800执行两种分析：一种基于(专门地，采用一些调整)电力读数，而另一种构成每相上的服务器的CPU利用的因素。流程图在方框801处开始，在那时从监测方框(例如，图5中的方框503)接收了例如关于单个空间的安培数值。在方框803处，该值被记录到例如数据库以便长期存储，并且之后进行任意的随后的分析。接着，方法800在方框805处确定与方框801处接收到的安培数值相关联的板空间是否是3相电路的一部分。如果不是(即，方框805＝否)，那么方法800终止并且等待下一个板空间的安培数值。如果该空间是三相电路的一部分(即，方框805＝是)，那么方法800继续方框809并且聚集或者另外确定3相电路中的其他空间的特性。方框811接着检索或者另外确定关于3相电路中的每个空间的来自数据库的电参数值(例如，来自最近24小时的安培数据)。

一旦进行检索，来自方框811的历史安培数值就被用来根据电参数数据确定一个或者多个平均值。例如，如方框813处所标示的，计算了关于每个板空间的滚动的每日平均安培数值。在一些实施方式中，图8的方法800计算例如在最近5分钟、1小时、6小时、12小时以及24小时内的3相电路的平均安培数值。可以利用可辨认的、更大的、更小的、和/或替代的时间段，而没有背离本公开的预期范围和实质。在实例中，滚动的平均值是记录的安培数值的总和除以时间段数量。滚动的平均值计算有助于清理数据集中的短期波动中的一些波动，这样分析可以专注于长期趋势。如方框815处所标示的，这些平均值可以接着被传递回数据库以便存储，因此，如果需要的话，用户可以在未来执行其他的分析。

在确定了关于3相电路中的每相的在例如先前24小时内的平均安培数值之后，方框817对这些数值进行评估，以查看电路是否失去平衡。在示出的实施方式中，同时执行了关于3相电路的平滑化电参数的比较。例如，如果空间1、2、3是3相电路的相A、B、C，那么比较关于空间1、2、3在相同的时间段(例如，相同的24小时的时间段)内的平滑化的数值，并且如果关于三个空间中的任意一个空间的平滑化的值超过所有三个值的平均值达预定的阈值，那么电路可以被视作不平衡的。在一些实施方式中，该方法确定关于空间中的每个空间的滚动的每日平均值中的每个是否都是平衡的。

如果在方框817处确定了平均每相电流是不平衡的(即，方框817＝是)，那么方法800响应性地根据系统参数数据确定总值。例如，在示出的实施方式中，方法800进行到方框819并且检索关于电路的每相的CPU操作的总数。在方框821处，这些数值被输入到例如在图5的创建方框501期间形成的那个的线性回归模型中，以确定模型化的电参数数值。作为一个非限制性的实例，模型的输出是基于该时间段中执行的CPU操作的数量的估计的(或者“预料的”)安培数值。换句话说，当CPU操作的数量被输入到该模型，该模型就产生估计的能源消耗量，当，该估计的能源消耗量是在该操作的数量发生时的被预料的。此后，方法800接着在方框823处确定电参数的平均值(例如，不平衡的滚动的每日平均值)是否与模型化的电参数值(例如，估计的安培数值)相对应，以例如检测潜在的异常情况。

如果电参数的平均值不与模型化的电参数值相对应，那么该方法响应性地输出负载不平衡存在的指示。例如，在图8中，响应于实际值偏离模型一定的数量级(例如，用户可配置的和/或用户可选择的系统阈值)，警报通知被立即发送到通知方框825。例如，实际值显著偏离模型是相应的机架中的服务器已经发生了重大变化的指示。一个这样的变化可以是另一个服务器被添加到机架，并且系统映射并没有进行恰当更新以反应该变化。另一个实例是服务器中的一个内的组件可能出了故障。不考虑实际原因，工作人员调查检测到的、来自预料的性能的偏离常常是非常重要的。不管是电路本身当前是不平衡的，还是其趋向于不平衡的状态，这都是正确的。

如果模型化的值和实际值相对应(方框823＝是)，并且实际的电路读数指示电路当前没有失去平衡(方框827＝否)，那么方法800进行到方框829，并且离开分析工作流程800。相反，如果实际的安培数值与预料的、模型化的值相对应(方框823＝是)，但是电路读数指示电路是不平衡的(方框827＝是)，那么不平衡的源可能是机架内的服务器利用中的变化。方法800进行到方框831并且将计数器增加以指示电路已经不平衡了Y时间段，而不是立即产生警报(例如，由于不平衡可能是暂时的)。如所示，该方法增加了指示不平衡是由服务器利用中的预料的变化引起的标志。

该方法从方框831进行到方框833，以确定电路是否已经失去平衡达延长的时间段——例如，至少预定数量(X)的时间段。预定的时间段的数量可以是用户可配置的和/或用户可选择的值。例如，基于用户想要多快被通知潜在的问题，X值可以是用户可配置的。如果电路已经失去平衡达延长的时间段(例如，方框833＝是；Y>X)，那么很可能机架的使用已经进入新的不平衡基准状态并且需要调整。在方框835处，方法800响应性地输出例如指示考虑到新的操作环境可能必须再平衡电路并且重新产生模型的警报。如果电路已经失去平衡达延长的时间段(例如，方框833＝否；Y<X)，那么方法800进行到方框837并且离开分析工作流程800而没有进一步的动作。

再次参考方框817，当确定了平均每相电流是平衡的(即，方框817＝否)时，方法800进入方框839并且重置失去平衡的计数器(例如，Y被设置为0)。重置失去平衡的计数器可选的预防措施，以帮助防止在接下来从方框819贯穿到837执行中产生多余的警报。在方框841处，确定了平均每相电流是否是趋向于不平衡状态。通过示例而非限制的方式，方法800检查关于电路中的每相的5分钟、1小时、2小时、6小时以及12小时的平均安培读数。这些数值被绘制并且执行了分析，以查看电路是否趋向于不平衡的情况。根据一些方面，该方法分析随时间推移的每个电路的安培数值以查看数值是否开始偏移——例如，记录随时间推移的每相的安培数值以查看每个相负载中的传播是否正在进行。如果是的(方框841＝是)，那么方法800进入方框819并且执行从属的CPU操作分析。如果没有呈现明显的趋势(方框841＝否)，那么方法800进入方框843并且终止。

图9是通常被命名为900的流程图，其示出了根据本公开的各方面的代表性的通知工作流。在通知工作流900的开始处，方框901接收来自图8的方框825的警报通知，并且在方框903处将事件记录到事件记录中。在产生了警告和警报时，该步骤可以允许进行详细的历史报告并且允许用户发现额外的趋势。在一些实施中，当一定的变换正在运行或者处于当月的特别繁忙时间时，警告增加。接着，方法900在方框905处确定站点(例如，数据中心10)是否具有工作指令产生系统。如果所述工作指令产生系统存在(方框905＝是)，那么方法进入方框907并且自动产生工作指令以调查问题并且将其分配到工作指令队列。根据事件类型(警告或者警报)，可以在系统中给工作指令分配不同的优先级。在记录事件并且在适用时产生工作指令之后，方框909将警报与警告分开。如果方框909确定该事件是警告(方框909＝否)，那么该处理完成并且方法900进入方框913且终止。然而，对于方框909＝是的不平衡的警报，可以产生其他的通知，并且例如在方框911处通过站点警报系统被发送给工作人员。根据一些实例，方法900将向合适的待命工作人员发送网页、电子邮件或者SMS文本消息，以立即解决该问题。如果适用，该消息将包括工作指令号。

图10-12提供了一些代表性的实例。当新的电路被连接到机架时，CPU操作和安培数被收集以产生模型。图10是示出了CPU操作相对相安培数的线性回归模型的图表。一旦已经收集了足够的数据并且创建了模型，系统就输入正常的操作。在示出的实例中，每个时间段等于5分钟。在第一实例中，收集了电路XYZ的25安培的相A读数，而从数据库检索了电路中的其它相的最新值。如图11中所示，计算了关于每相的每日平均相：相A＝23.5A，相B＝20.2A，以及,相C＝19.8A。在该实例中，电路失去平衡；作为响应，系统进行检查以查看这种不平衡是否是由服务器的处理行为中的变化引起的。关于电路XYZ、相A的CPU操作大约等于5千万的操作，其可以从数据库检索出。模型估计电路安培数应该接近21.38安培。由于模型化的相A消耗量和实际的相A消耗量之间的差异太高，故产生了指示电路XYZ上已经发生了意外的不平衡的警报并且其被发送给用户。

在第二实例中，收集了电路XYZ的25安培的相A读数，而电路中的其它相的最新数值是从例如数据库检索出的。如图12中所示，计算了关于每相的每日平均相：相A＝22A；相B＝20.2A；以及,相C＝19.8A。在该实例中，电路只是轻微失去平衡。关于电路XYZ、相A的CPU操作大约等于5千万的操作，其可以从数据库检索出。模型估计电路安培数应该接近21.38安培。在这种情况下，模型化的数值和实际的数值相对应—例如，消耗量中的增加被视作CPU利用中的增加。作为响应，系统可以增加指示已经出现失去平衡的时间段的计数器，但是该失去平衡是由CPU利用中的增加引起的。系统接着确定该实例的电路已经在最近的25个时间段中失去平衡。尽管这种不平衡可能被计为是由增加的服务器需求导致的，但其看起来像是在机架上达到了新的基准使用。系统可以因此产生告知用户服务器失去平衡并且这是由新的机架利用程度引起的通知。

没有现有技术以本文所公开的方式专注于确保板的三相电路级处的平衡。一些现有技术论述了识别板的上游的相不平衡的方式，但在分支电路级处，这些工具并不总是可靠地工作。通常，现有技术利用瞬时电流测量来识别相不平衡，并且不考虑相电流中由于暂时的服务器活动引起的“峰电位”。现有技术公开了可以检测瞬时相不平衡状态并且自动地切换负载之间的相以恢复相之间的电流引入中的平衡的装置。然而，这些装置没有将本公开中所描述的相不平衡检测方法并入。此外，在一些数据中心应用中，自动化的切换方案可能是“不希望的”，这是由于这些方案可能增加一个或者多个服务器在切换期间可能无意地“中断(knockedoffline)”的风险。相比之下，本公开的各方面专注于检测和通知，这样工作人员可以估计不平衡并且以更可控制的方式调整相平衡。一些其它的现有技术通过将三相电力转换成机架装置使用的DC电力来解决相不平衡，而其它技术建议放置新的服务器、或者部署“虚拟”服务器，以平衡电力使用；然而，这些技术没有涉及本公开中所描述的相不平衡检测方法。

本文所描述的方法中的任意一种方法可以包括用于被(a)处理器、(b)控制器、和/或(c)任何其它合适的处理设备执行的机器可读指令。本文所公开的任何算法、软件或者方法可以用被存储在有形介质上的软件来实施，所述有形介质诸如，例如闪存、CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字通用光盘(DVD)、或者其它存储器设备，但是本领域的普通技术人员将容易理解，整个算法和/或其的各部分可以可选地由除了控制器以外的设备执行，和/或以公知的方式用固件或者专用硬件来实施(例如，其可以通过专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程逻辑设备(FPLD)、离散逻辑等进行实施。)。同样，可以手动实施被表示在本文所描绘的任何流程图中的机器可读指令中的一些或者所有指令。此外，虽然参考本文所描绘的流程图描述了特定的算法，但本领域的普通技术人员将容易理解，可以可选地使用的实施示例性的机器可读指令的许多其它方法。例如，可以改变方框的执行顺序、和/或可以改变、去除或者结合所描述的方框中的一些。

在一些实施方式中，本公开的各方面可以通过计算机可执行的指令程序进行实施，所述计算机可执行的指令程序诸如程序模块，其通常是指由计算机执行的软件应用或者应用程序。在非限制性的实例中，该软件可以包括执行特定的任务或者实施特定的抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件以及数据结构。软件形成了允许计算机根据输入源作出反应的接口。软件还可以与其它代码段协作，以响应于接收到的数据、连同接收到的数据的源开始各种任务。软件可以被存储在诸如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器以及半导体存储器(例如，各种类型的RAM或者ROM)的任意的各种存储介质上。

此外，可以利用各种计算机系统和计算机网络的配置实践本公开的许多方面，所述计算机系统和计算机网络的配置包括手持式设备、多处理器系统、基于微处理器的或者消费者可编程的电子设备、小型计算机、大型计算机，等等。此外，本公开的各方面可以在分布式计算环境中进行实践，其中在分布式计算环境中，任务由通过通信网络进行链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。本公开的各方面可以因此结合各种硬件、软件或者其的结合在计算机系统或者其它处理系统中进行实施。

尽管已经示出了并且描述了本公开的示例性的实施方式和应用，但需要理解，本发明不局限于本文所公开的精确的构造和组成，并且根据上述说明书，各种修改、改变以及变化可以是明显的，且并未脱离本发明如附加权利要求中所定义的实质和范围。

Claims (20)

1.一种用于检测多相配电系统中的负载不平衡的方法，所述多相配电系统具有多个电路和含有多个空间的板，所述方法包括：

确定所述板的空间中的每个空间与所述电路中的相应电路之间的关联；

接收指示负载不平衡的电参数的数据；

接收指示负载活动的系统参数的数据；

确定所述电参数的数据的平均值；

确定所述系统参数的数据的总值；

至少部分基于所述板的空间和所述电路之间的关联、所述电参数的数据和所述系统参数的数据，确定将所述系统参数和所述电参数关连的模型；

确定所述电参数的平均值是否是不平衡的；

如果所述电参数的平均值是不平衡的，那么使用所述模型和所述系统参数的总值确定模型化的电参数值；

确定所述电参数的平均值是否与所述模型化的电参数值相对应；以及

如果所述电参数的平均值不与所述模型化的电参数值相对应，那么输出所述负载不平衡存在的指示。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

根据所述电参数的数据，确定关于所述板的空间中的单个空间的电参数值；

确定所述单个空间是否是3相电路的一部分；以及

如果所述单个空间是所述3相电路的一部分，那么确定所述3相电路中的其它空间，并且根据所述电参数的数据，确定所述3相电路中的空间中的每个空间的电参数值，其中所述电参数的数据的平均值包括关于所述3相电路中的空间中的每个空间的电参数值的相应的平滑表示。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述平滑表示中的每个包括关于所述3相电路中的空间中的每个空间的相应的滚动的每日平均值，所述相应的滚动的每日平均值中的每个平均值是在不同的时间段中获取的。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述确定所述电参数的平均值是否是不平衡的包括：确定关于所述3相电路中的空间中的每个空间的滚动的每日平均值中的每个是否是不平衡的。

5.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述电参数的平均值超过用户所选择的系统阈值，那么所述平均值是不平衡的。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述系统被连接到多个负载，所述方法还包括确定所述电路中的每个电路与所述负载中的相应负载之间的关联。

7.如权利要求6所述的方法，还包括确定连接到所述电路的负载的相对优先级，其中，所述负载不平衡存在的指示包括针对具有与其连接的具有高优先级负载的电路的高优先级的警报。

8.如权利要求1所述的方法，还包括确定所述多相配电系统的历史数据的基准，其中，确定所述模型至少部分基于所述历史数据的基准。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述电参数的数据指示在所述板下游的分支电路级处的负载不平衡。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述电路中的每个电路是三相电路，并且其中，确定所述模型包括创建关于所述系统中的所述电路中的每个电路的相中的每个相的独立的线性回归模型。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述电路中的每个电路都是三相电路，并且其中，关于所述系统中的所述电路中的每个电路的相中的每个相的所述电参数的数据和所述系统参数的数据被接收。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述电参数的数据的平均值是滚动的每日平均值，并且其中，所述系统参数的总值是滚动的每日总值。

13.如权利要求12所述的方法，还包括将所述电参数的数据的滚动的每日平均值以及所述系统参数的滚动的每日总值存储到数据库中。

14.如权利要求1所述的方法，还包括：

如果所述电参数的平均值与所述模型化的电参数值相对应，那么确定所述电参数的平均值是否指示所述电路失去平衡；

如果所述电参数的平均值指示所述电路失去平衡，那么确定所述电路已经失去平衡长于预定数量的时间段；以及

如果所述电路已经失去平衡长于预定数量的时间段，那么输出所述负载不平衡存在的指示。

15.如权利要求1所述的方法，还包括：

如果所述电参数的平均值不是不平衡的，那么确定所述电参数的平均值是否趋向于不平衡；

如果所述电参数的平均值趋向于不平衡，那么完成所述确定模型化的电参数值，并且确定所述平均值是否与所述模型化的电参数值相对应。

16.如权利要求1所述的方法，其中，所述负载不平衡存在的指示包括产生工作指令，以调查并且校正所述负载不平衡。

17.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述电参数的平均值偏离所述模型化的电参数值达预定的数量级，那么所述平均值不与所述模型化的电参数值相对应。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述电参数包括每相的电流或者每相的功率，或者其组合，并且其中，所述系统参数包括CPU操作或者磁盘活动，或者其组合。

19.一种用于检测多相配电系统中的负载不平衡的装置，包括：

用于确定多相配电系统中的配电板的每个空间与多个电路中的相应电路之间的关联的模块；

用于接收指示负载不平衡的电参数的数据的模块；

用于接收指示负载活动的系统参数的数据的模块；

用于确定所述电参数的数据的平均值的模块；

用于确定所述系统参数的数据的总值的模块；

用于至少部分基于所述电参数的数据和所述系统参数的数据，确定将所述系统参数与所述电参数关连的模型的模块；

用于确定所述电参数的平均值是否是不平衡的模块；

用于如果所述电参数的平均值是不平衡的，那么使用所述模型和所述系统参数的总值确定模型化的电参数值的模块；

用于确定所述电参数的平均值是否与所述模型化的电参数值相对应的模块；以及

用于如果所述电参数的平均值不与所述模型化的电参数值相对应，那么输出负载不平衡存在的指示的模块。

20.一种用于检测数据中心的多相配电系统中的分支电路负载不平衡的计算机实施的方法，其中，所述数据中心具有多个机架，所述配电系统包括电连接至含有多个空间的配电板的多个多相电路，所述方法包括：

产生所述系统的映射，所述映射包括所述板的空间中的每个空间与所述多相电路中的相应电路之间的联系、以及所述多相电路中的每一个电路与所述数据中心中的机架中的相应机架之间的联系；

收集所述配电系统的历史数据的基准；

监测关于所述空间中的每个空间的相应的电参数，所述电参数指示在所述配电板下游的分支电路级处的负载不平衡，所述电参数包括每相的电流或者每相的功率，或者两者；

监测相应的系统参数，所述系统参数指示所述多相电路中的每个电路上的负载活动，所述系统参数包括CPU操作或者磁盘活动，或者两者；

计算关于所述空间中的每个空间的被监测的电参数的相应的滚动的每日平均值；

计算关于所述多相电路中的每个电路的被监测的系统参数的相应的滚动的每日总值；

创建在预定时间段内将所述系统参数与所述电参数关连的线性回归模型，所述线性回归模型至少部分根据所述系统的映射、所监测的电参数的平滑表示、所监测的系统参数的平滑表示、以及所述历史数据的基准来创建；

确定关于所述空间中的每个空间的所述滚动的每日平均值是否是不平衡的；

如果滚动的每日平均值中的至少一个是不平衡的，那么使用所述线性回归模型和所监测的系统参数的滚动的每日总值计算模型化的电参数值；

确定所述至少一个不平衡的滚动的每日平均值是否与所述模型化的电参数值相对应；以及

如果所述滚动的每日平均值中的不平衡的滚动的每日平均值不与所述模型化的电参数值相对应，那么产生指示所述负载不平衡存在的警报。