CN105739659A - 电源框架、服务器机柜及其供电系统和电能检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电源框架、服务器机柜及其供电系统和电能检测方法，服务器机柜包括机架以及设置于框架内的多个服务器电源接口以及电源框架，其中电源框架耦接于外界的多个配电柜而形成供电系统。电源框架包括多个电源模块、电源线、多个互感器以及电源监控模块。多个电源模块分别从多个配电柜接收并转换交流电为直流电，然后通过电源线传送至多个服务器电源接口。电源监控模块分别检测耦接于电源模块与相应的配电柜之间的互感器以及耦接于电源线的互感器，从而直观的获得电能的输入功耗与输出功耗，并且据以获得电能转换效率，而不需再通过远程平台进行数据处理与电能监控操作。

Description

电源框架、服务器机柜及其供电系统和电能检测方法

技术领域

本申请涉及数据中心技术领域，具体涉及一种电源框架、服务器机柜及其供电系统和电能检测方法。

背景技术

数据中心、云计算中心、电力调度中心服务器机房、互联网数据中心、政府、金融、企业等大型数据中心、和中小型机房都需要用到不间断电源设备(uninterruptiblepowersupply,UPS)，而从UPS的输出到信息设备的中间过程需要经过配电柜进行电力分配。但随着信息设备的进一步集中设置，更多的数据中心被建立，新一代数据中心对供电系统的可靠性及可管理性要求越来越高。信息技术(informationtechnology，IT)用户需要对信息设备的供电系统进行更可靠更灵活的配电、更精细化的管理、更准备的成本消耗等，因此，出现了带支路电能监控和管理的配电柜，俗称精密配电柜(remotepowerpanel,RPP)。

精密配电柜中除了供电电路外，还设置有人机界面、电源监控模块以及若干个互感器(例如电流互感器和电压互感器)。并且，在精密配电柜的电源管理上，一般将服务器机柜上的电能状况纳入数据中心电力监控系统中，监测内容除电气系统主母线及支路所有电气参数外，还包括各支路的电量统计、带载率等参数的量化管理。精密配电柜可以实时侦测每一服务器机柜的电费运营成本，精确计算及测量每一服务器机柜、每一路开关的用电功率和用电量。此外，在安全管理上，精密配电柜对服务器电源提供完善的监控，提前告知机房供电系统可能出现的风险，如系统的过压、欠压、支路断电、过载等各种异常状况。用户可以及早发现安全隐患，采取相应改进措施来改善机房的供电情况，有效规避风险。

如图1所示，在对于现有的服务器机柜R的供电方式上，通常2个不同电力来源(例如两路不同UPS系统输出)的精密配电柜RPP通过每个输出支路分别给服务器机柜R的第一电能传送路径(A路)和第二电能传送路径(B路)供电。每个配电支路开关先连接到每个机架的配电单元(powerdistributionunit,PDU)，通过配电单元上的接口给服务器供电。而每个服务器S内部通常含有2个或以上电源模块PSU-A、PSU-B，主要是把230V的交流电转换成服务器主板使用的12V直流电。通过对精密配电柜支路的电流、电压、功率因数等数值测量，可以监控到每个支路的功耗，从而知道每个服务器机柜R的耗电量。

然而，现有技术所面临的问题在于：首先，每个服务器机柜R都是双路供电满足冗余的要求，而要获知每个服务器机柜R的功耗，需要把每个服务器机柜的第一电路配电单元PDU-A和第二电路配电单元PDU-B对应精密配电柜支路电能进行相加。一般来说，通过每个精密配电柜RPP的本地人机界面UI，只能查看某个服务器机柜R的第一电路或第二电路的耗电，要得到每个服务器机柜R的功耗，需要通过电源监控模块D上传数据，用远程平台C的电力监控软件进行数据处理(后台数值相加)。再者，服务器电源是有损耗的，用目前精密配电柜技术，只能监测到服务器电源输入电能，而不能得到服务器电源输出电能，因为这个才是服务器真正功耗。而传统做法，服务器电源基本上没有做任何的电能监控，从而无法精确获得电能的能耗以及转换效率，而造成能源的浪费或是无法查觉供电异常等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电源框架、服务器机柜及其供电系统和电能检测方法，用以解决无法实时获得每个服务器机柜的功耗以及服务器在运作时的实际功耗以及电能在传输过程中的转换效率等问题。

为了解决上述问题，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请揭示了一种服务器机柜的供电系统，服务器机柜包括机架、设置于机架内的多个服务器电源接口和耦接于多个服务器电源接口的电源线。服务器机柜的供电系统包括多个配电柜以及电源框架。电源框架设置于机架内，且电源框架包括多个电源模块、多个互感器以及电源监控模块。多个电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块耦接于其中一配电柜，第二电源模块耦接于另一配电柜，且第一电源模块和第二电源模块通过电源线相互耦接。多个互感器包括第一互感器、第二互感器与第三互感器，第一互感器耦接于第一电源模块与配电柜之间，第二互感器耦接于第二电源模块与另一配电柜之间，第三互感器耦接于电源线。电源监控模块分别耦接于多个互感器。其中，第一电源模块和第二电源模块分别从配电柜和另一配电柜接收交流电，并且将交流电转换为直流电后，通过电源线传送至多个服务器电源接口，电源监控模块分别检测第一互感器和第二互感器，获得交流电的输入功耗，以及检测第三互感器，获得直流电的输出功耗。

进一步地，在上述的服务器机柜的供电系统中，电源监控模块还用以根据输出功耗与输入功耗的比值获得第一电源模块和第二电源模块的电能转换效率。

进一步地，上述的服务器机柜的供电系统还包括远程监控平台，耦接于电源监控模块，并且从电源监控模块接收输入功耗与输出功耗的功耗数据和/或电能转换效率的数据。

第二方面，本申请揭示了一种服务器机柜，适于从多个配电柜接收电能。服务器机柜包括机架、多个服务器电源接口、电源线以及电源框架，其中多个服务器电源接口和电源框架分别设置于机架内。电源线包括输入段、传输段和输出段，传输段耦接于输入段和输出段之间，输出段分别耦接于多个服务器电源接口。电源框架包括多个电源模块、电源线、多个互感器以及电源监控模块。多个电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块耦接于其中一配电柜，第二电源模块耦接于另一配电柜。电源线包括输入段传输段和输出段，其中输入段耦接于第一电源模块和第二电源模块之间，传输段耦接于输入段和输出段之间，输出段分别耦接于多个服务器。多个互感器包括第一互感器、第二互感器与第三互感器，第一互感器耦接于第一电源模块与配电柜之间，第二互感器耦接于第二电源模块与另一配电柜之间，第三互感器耦接于传输段。电源监控模块分别耦接于多个互感器。其中，第一电源模块和第二电源模块分别从配电柜和另一配电柜接收交流电，并且将交流电转换为直流电后，通过电源线传送至多个服务器电源接口，电源监控模块分别检测第一互感器和第二互感器，获得交流电的输入功耗，以及检测第三互感器，获得直流电的输出功耗。

第三方面，本申请揭示了一种电源框架，适用于服务器机柜内，并且分别耦接于服务器机柜内的电源线以及服务器机柜外的多个配电柜，用以对服务器供应电能。电源框架包括多个电源模块、多个互感器以及电源监控模块。多个电源模块包括相互耦接的第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块耦接于其中一配电柜，第二电源模块耦接于另一配电柜，且第一电源模块和第二电源模块通过电源线相互耦接。多个互感器包括第一互感器、第二互感器与第三互感器，第一互感器耦接于第一电源模块与配电柜之间，第二互感器耦接于第二电源模块与另一配电柜之间，第三互感器耦接于电源线。电源监控模块分别耦接于多个互感器。其中，第一电源模块和第二电源模块分别从配电柜和另一配电柜接收交流电，并且将交流电转换为直流电后，通过电源线传送至服务器，电源监控模块分别检测第一互感器和第二互感器，获得交流电的输入功耗，以及检测第三互感器，获得直流电的输出功耗。

第四方面，本申请揭示了一种服务器机柜的电能检测方法，其中服务器机柜包括机架、设置于所述机架内的多个服务器电源接口以及电源框架。服务器机柜的电能检测方法包括：通过多个配电柜输出电能至机架；通过电源框架的第一电源模块接收其中一配电柜的输入电能，以及通过电源框架的第二电源模块接收另一配电柜的输入电能；分别通过第一电源模块和第二电源模块将相应的输入电能从交流电转换为直流电，并且输出直流电；通过电源框架的电源线接收与传送直流电至多个服务器电源接口；以及通过电源框架的电源监控模块分别检测耦接于第一电源模块与配电柜之间的第一互感器以及耦接于第二电源模块与另一配电柜之间的第二互感器，而获得交流电的输入功耗，以及检测耦接于电源线的第三互感器，而获得直流电的输出功耗。

进一步地，上述的服务器机柜的电能检测方法还包括：通过电源监控模块根据输出功耗与输入功耗的比值获得第一电源模块和第二电源模块的电能转换效率。

进一步地，上述的服务器机柜的电能检测方法还包括：通过电源监控模块传送输入功耗和输出功耗的功耗数据和/或电能转换效率的数据至远程监控平台。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

本申请通过电源框架的配置，将电源模块、互感器以及电源监控模块整合为一整体，并且设置于服务器机柜内，用以作为对服务器供电的整合式电源架构。同时，通过电源监控模块对互感器进行检测，可以实时得到电能的输入功耗以及输出至服务器的真正功耗，以及电源模块的电能转换效率。如此一来，简化了一般应用于服务器机柜的电能监测方法的流程，并且能做到服务器电源级别的能耗监控，让电能监控更加精确。此外，还能采用普通的配电柜来取代原有的精密配电柜方式，而有效降低成本。再者，还可通过电源监控模块将电能的能耗数据和电源模块的电能转换效率传送至远程监控平台，让电力运维人员和IT运维人员可以时时获取电能监控和管理的相关信息，让数据中心的运营管理更加安全和方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是传统的服务器机柜的供电系统的平面示意图；

图2是本申请实施例的服务器机柜的供电系统的平面示意图；

图3是本申请实施例的服务器机柜的平面示意图；

图4是本申请实施例的服务器机柜的电能检测方法流程图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”或“电性连接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其它装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者系统中还存在另外的相同要素。

实施例描述

请参照图2和图3，本申请实施例所揭露的服务器机柜10包括机架110、多个服务器电源接口120、电源线130以及电源框架140。机架110内部设置有堆叠排列的多对滑行轨道，分别用以供一个或多个服务器20摆放。多个服务器电源接口120设置于机架110内，并且分别对应于多对滑行轨道，用以在各个服务器20沿着成对的滑行轨道放置于机架110内部时，与服务器20相互耦接，并且传送电能至服务器20。电源线130包括输入段131、传输段132和输出段133，传输段132耦接于输入段131和输出段133之间，且输出段133分别耦接于多个服务器电源接口120。

电源框架130设置于机架110内，并且耦接于服务器机柜10外部的多个配电柜30，从而与配电柜30共同作为服务器机柜10的供电系统。并且，在本申请的其他实施例中，此供电系统还可以包括远程监控平台40，例如IT平台和电力监控平台等，用以接收电源框架130所传送的电能监测信息，从而让电力运维人员和IT运维人员能即时获取供电情况，以便于掌握供电状态是否异常。

电源框架140包括多个电源模块150、多个互感器160以及电源监控模块170。

多个电源模块150包括第一电源模块151和第二电源模块152，第一电源模块151耦接于多个配电柜30中的其中一配电柜310，第二电源模块152耦接于多个配电柜30中的另一配电柜320，分别作为服务器机柜10中的第一电能传送路径(A路)和第二电能传送路径(B路)，用以接收来自于相应的配电柜310、320所传送的交流电，并且将交流电转换为直流电。其中，由于第一电源模块151与第二电源模块152所输出的电能为直流电，因此可以通过电源线130的输入段131耦接于第一电源模块151和第二电源模块152之间，使第一电源模块151和第二电源模块152通过电源线130的输入段131相互耦接，而并联在同一电源线130上，从而将直流电传送至电源线130的输入段131，使直流电通过电源线130的传输段132传送至输出段133，从而将电能供应至各个服务器电源接口120。

多个互感器160包括第一互感器161、第二互感器162与第三互感器163，第一互感器161耦接于第一电源模块151与配电柜310之间，第二互感器162耦接于第二电源模块152与另一配电柜320之间，第三互感器163耦接于电源线130的传输段132。其中，各个互感器160包括电流互感器和电压互感器，电源监控模块170分别耦接于多个互感器160，用以检测第一互感器161、第二互感器162与第三互感器163上的电流和电压数据。

以下通过一实施例对上述本申请所揭露的服务器机柜及其供电系统对于电能的传送、接收与检测方式做进一步说明。

如图4所示，本申请实施例所揭露的服务器机柜的电能检测方法包括以下步骤：

步骤S101，通过多个配电柜输出电能至机架；

步骤S102，通过电源框架的第一电源模块接收其中一配电柜的输入电能，以及通过电源框架的第二电源模块接收另一配电柜的输入电能；

步骤S103，分别通过第一电源模块和第二电源模块将相应的输入电能从交流电转换为直流电，并且输出直流电；

步骤S104，通过电源框架的电源线接收与传送直流电至多个服务器电源接口；以及

步骤S105，通过电源框架的电源监控模块分别检测耦接于第一电源模块与配电柜之间的第一互感器以及耦接于第二电源模块与另一配电柜之间的第二互感器，而获得交流电的输入功耗，以及检测耦接于电源线的第三互感器，而获得直流电的输出功耗。

请参照图2至图4，在应用上，通过多个配电柜30中与电源框架130的第一电源模块151和第二电源模块152相应的配电柜310、320分别向第一电源模块151和第二电源模块152供应电能，例如230V的单相交流电或400V的三相交流电(S101)。接着，通过第一电源模块151从相应的配电柜310接收交流电后，将其转换为直流电(例如12V直流电)；以及当第二电源模块152从相应的配电柜320接收交流电后，同样地将交流电转换为直流电(S102、S103)。然后，通过电源线130传送至各个服务器电源接口120，用以提供服务器20运作(S104)。在上述电能的传送过程中，通过电源监控模块170检测第一互感器161，而获得配电柜310传送交流电至第一电源模块151的输入功耗；检测第二互感器162，而获得配电柜320传送交流电至第二电源模块152的输入功耗；以及检测第三互感器163，而获得第一电流模块151和第二电源模块152输出直流电至电源线130的输入端131的输出功耗(S105)。

如此一来，通过电源监控模块170分别对第一电能传送路径上对应于第一电源模块的第一互感器161以及第二电能传送路径上对应第二电源模块的第二互感器进行检测，并且可以直接通过电源监控模块170将检测数据进行处理后(例如将数据相加)即可得到配电柜30对服务器机柜10所传送的电能的输入功耗。因此，与传统做法不同，在本申请的实施例中，电源监控模块170对机架110上的第一电能传送路径和第二电能传送路径等两路输入路径都同时监测，并且自身处理数据而实时得到功耗结果。但传统做法则需要上传到远程的监控平台后才能再做数据处理的操作。

与此同时，在第一电源模块151和第二电源模块152输出直流电的一侧，电源监控模块170对耦接于电源线的传输段上的第三互感器163进行监测，从而获取第一电源模块和第二电源模块的输出功耗，也就是同一机架110内，服务器20总用电量的真正功耗。

此外，在本申请的实施例中，在通过电源监控模块170分别检测第一互感器161、第二互感器162和第三互感器163，而获得交流电的输入功耗和直流电的输出功耗的操作后，还可以通过电源监控模块170根据输出功耗与输入功耗的比值(输出功耗/输入功耗)获得第一电源模块151和第二电源模块152的电能转换效率。

最后，还可以通过电源监控模块170将输入功耗和输出功耗的功耗数据传和/或电能转换效率的数据传送至远程监控平台40，例如IT平台和电力监控平台等，而同时提供电力运维人员和IT运维人员即时获取电能的输入功耗、输出功耗以及转换效率等供电情况，从而能时时掌握供电状态是否异常，让数据中心的运营管理更加安全和方便。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种服务器机柜的供电系统，所述服务器机柜包括机架、设置于所述机架内的多个服务器电源接口和耦接于所述多个服务器电源接口的电源线，其特征在于，所述服务器机柜的供电系统包括：

多个配电柜；以及

电源框架，设置于所述机架内，所述电源框架包括：

多个电源模块，包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块耦接于其中一配电柜，所述第二电源模块耦接于另一配电柜，且所述第一电源模块和所述第二电源模块通过所述电源线相互耦接；

多个互感器，包括第一互感器、第二互感器与第三互感器，所述第一互感器耦接于所述第一电源模块与所述配电柜之间，所述第二互感器耦接于所述第二电源模块与所述另一配电柜之间，第三互感器耦接于所述电源线；以及

电源监控模块，分别耦接于所述多个互感器；

其中，所述第一电源模块和所述第二电源模块分别从所述配电柜和所述另一配电柜接收交流电，并且将所述交流电转换为直流电后，通过所述电源线传送至所述多个服务器电源接口，所述电源监控模块分别检测所述第一互感器和所述第二互感器，获得所述交流电的输入功耗，以及检测所述第三互感器，获得所述直流电的输出功耗。

2.如权利要求1所述的服务器机柜的供电系统，其特征在于，所述电源监控模块还用以根据所述输出功耗与所述输入功耗的比值获得所述第一电源模块和所述第二电源模块的电能转换效率。

3.如权利要求1或2所述的服务器机柜的供电系统，其特征在于，还包括远程监控平台，耦接于所述电源监控模块，并且从所述电源监控模块接收所述输入功耗与所述输出功耗的功耗数据和/或所述电能转换效率的数据。

4.一种服务器机柜，适于从多个配电柜接收电能，其特征在于，包括：

机架；

多个服务器电源接口，设置于所述机架内；

电源线，包括输入段、传输段和输出段，所述传输段耦接于所述输入段和所述输出段之间，所述输出段分别耦接于所述多个服务器电源接口；以及

电源框架，设置于所述机架内，所述电源框架包括：

多个电源模块，包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块耦接于其中一配电柜，所述第二电源模块耦接于另一配电柜，且所述第一电源模块和所述第二电源模块通过所述电源线的所述输入段相互耦接；

多个互感器，包括第一互感器、第二互感器与第三互感器，所述第一互感器耦接于所述第一电源模块与所述配电柜之间，所述第二互感器耦接于所述第二电源模块与所述另一配电柜之间，第三互感器耦接于所述电源线的所述传输段；以及

电源监控模块，分别耦接于所述多个互感器；

其中，所述第一电源模块和所述第二电源模块分别从所述配电柜和所述另一配电柜接收交流电，并且将所述交流电转换为直流电后，通过所述电源线传送至所述多个服务器电源接口，所述电源监控模块分别检测所述第一互感器和所述第二互感器，获得所述交流电的输入功耗，以及检测所述第三互感器，获得所述直流电的输出功耗。

5.如权利要求4所述的服务器机柜，其特征在于，所述电源监控模块还用以根据所述输出功耗与所述输入功耗的比值获得所述第一电源模块和所述第二电源模块的电能转换效率。

6.一种电源框架，适用于服务器机柜内，并且分别耦接于所述服务器机柜内的电源线以及所述服务器机柜外的多个配电柜，用以对服务器供应电能，其特征在于，所述电源框架包括：

多个电源模块，包括相互耦接的第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块耦接于其中一配电柜，所述第二电源模块耦接于另一配电柜，且所述第一电源模块和所述第二电源模块通过所述电源线相互耦接；

多个互感器，包括第一互感器、第二互感器与第三互感器，所述第一互感器耦接于所述第一电源模块与所述配电柜之间，所述第二互感器耦接于所述第二电源模块与所述另一配电柜之间，第三互感器耦接于所述电源线；以及

电源监控模块，分别耦接于所述多个互感器；

其中，所述第一电源模块和所述第二电源模块分别从所述配电柜和所述另一配电柜接收交流电，并且将所述交流电转换为直流电后，通过所述电源线传送至所述服务器，所述电源监控模块分别检测所述第一互感器和所述第二互感器，获得所述交流电的输入功耗，以及检测所述第三互感器，获得所述直流电的输出功耗。

7.如权利要求6所述的电源框架，其特征在于，所述电源监控模块还用以根据所述输出功耗与所述输入功耗的比值获得所述第一电源模块和所述第二电源模块的电能转换效率。

8.一种服务器机柜的电能检测方法，所述服务器机柜包括机架、设置于所述机架内的多个服务器电源接口以及电源框架，其特征在于，包括：

通过多个配电柜输出电能至所述机架；

通过所述电源框架的第一电源模块接收其中一配电柜的输入电能，以及通过所述电源框架的第二电源模块接收另一配电柜的输入电能；

分别通过所述第一电源模块和所述第二电源模块将相应的所述输入电能从交流电转换为直流电，并且输出所述直流电；

通过所述电源框架的电源线接收与传送所述直流电至所述多个服务器电源接口；以及

通过所述电源框架的电源监控模块分别检测耦接于所述第一电源模块与所述配电柜之间的第一互感器以及耦接于所述第二电源模块与所述另一配电柜之间的第二互感器，而获得所述交流电的输入功耗，以及检测耦接于所述电源线的第三互感器，而获得所述直流电的输出功耗。

9.如权利要求8所述的服务器机柜的电能检测方法，其特征在于，还包括：

通过所述电源监控模块根据所述输出功耗与所述输入功耗的比值获得所述第一电源模块和所述第二电源模块的电能转换效率。

10.如权利要求9所述的服务器机柜的电能检测方法，其特征在于，还包括：

通过所述电源监控模块传送所述输入功耗和所述输出功耗的功耗数据和/或所述电能转换效率的数据至远程监控平台。

11.如权利要求8所述的服务器机柜的电能检测方法，其特征在于，还包括：

通过所述电源监控模块传送所述输入功耗和所述输出功耗的功耗数据至远程监控平台。