CN106471694A - 用于配电的负载平衡 - Google Patents

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Abstract

根据一个方面，本发明的实施例提供了PDU，该PDU包括：输入端，该输入端被配置成接收来自电源的3相电力；多个相线，每个相线被配置成运载3相电力中的一相；至少一个插座；至少一个开关电路，该至少一个开关电路被配置成将至少一个插座选择性地耦合到多个相线；数据连接；以及控制器，其中，控制器被配置成监控从多个相线到至少一个插座的电流，经由数据连接接收与耦合到电源的至少一个外部设备的3相电力相关的相负载信息，并且基于电流和所接收的相负载信息，操作至少一个开关电路，以将至少一个插座选择性地耦合到在多个相线中的至少一个相线。

Description

用于配电的负载平衡
发明背景
1.发明领域
本发明大体上涉及用于控制配电单元(PDU)的系统和方法。
2.相关技术的讨论
用于计算机、通信和其他电子设备的集中式数据中心已经使用了很多年。典型的集中式数据中心包含需要电力、冷却和连接到通信设施的许多设备机架。配电单元(PDU)是通常用于将来自电源输入端的电力分配给几个其他设备的设备。在数据中心环境中，PDU可以用于向壳或机架内的服务器、网络装置或者其他设备供电。大型PDU可以用于向大功耗设备(诸如，冷却装置或者整个壳或者机架)供电。
发明概述
本发明的至少一个方面针对配电单元(PDU)，PDU包括：输入端，该输入端被配置成耦合到电源，以接收来自电源的3相电力；耦合到输入端的多个相线，每个相线被配置成运载3相电力中的一相；至少一个插座；至少一个开关电路，该至少一个开关电路被配置成将至少一个插座选择性地耦合到多个相线；数据连接；以及控制器，该控制器耦合到至少一个开关电路和数据连接，其中控制器被配置成：监控从多个相线到至少一个插座的电流，经由数据连接接收与耦合到电源的至少一个外部设备的3相电力相关的相负载信息，并且基于电流和所接收的相负载信息，操作至少一个开关电路，以将至少一个插座选择性地耦合到多个相线中的至少一个相线。
根据一个实施例，PDU还包括至少一个电流监控器，该至少一个电流监控器耦合到至少一个插座和控制器，该至少一个电流监控器被配置成：生成指示多个相线中的至少一个相线到至少一个插座的电流的至少一个信号并且向控制器提供至少一个信号。在一个实施例中，PDU还包括耦合到输入端的中性线，并且至少一个开关电路包括：第一开关电路以及第二开关电路，第一开关电路被配置成将至少一个插座选择性地耦合到多个相线中的第一相线，第二开关电路被配置成将至少一个插座选择性地耦合到在中性线和多个相线中的第二相线中的一个。在另一个实施例中，在操作至少一个开关电路中，控制器还被配置成：基于指示电流的至少一个信号和所接收的相负载信息，操作第一开关电路和第二开关电路，以向至少一个插座提供在相线间电压和相线对中性线电压中的一个。
根据另一个实施例，控制器还被配置成：经由数据连接向至少一个外部设备传输基于电流的相负载信息。在一个实施例中，控制器还被配置成：接收来自与PDU基本相同的外部设备的相负载信息。
本发明的另一方面针对用于操作PDU的方法，该PDU包括电力输入端和至少一个插座，电力输入端被配置成接收来自电源的3相电力，至少一个插座被配置成向耦合到至少一个插座的负载提供3相电力中的至少一相，该方法包括：监控从电力输入端到至少一个插座的电流；从耦合到电源的至少一个外部设备接收与3相电力相关的相负载信息；并且基于电流和所接收的相负载信息，将至少一个插座选择性地耦合到在3相电力中的至少一相。
根据一个实施例，选择性地耦合至少一个输出端包括：将至少一个输出端选择性地耦合到3相电力中的第一相和3相电力中的第二相，以向至少一个输出端提供相线间电压。在一个实施例中，选择性地耦合至少一个输出端包括将至少一个输出端选择性地耦合到3相电力中的第一相和PDU的中性线，以向至少一个输出端提供相线对中性线电压。
根据另一个实施例，接收相负载信息包括：从至少一个外部设备接收至少一个外部设备的总负载量和在3相电力中的向至少一个外部设备提供总负载量的至少一部分负载量的至少一相的标识。在一个实施例中，选择性地耦合至少一个插座包括：基于电流和所接收的总负载量和相标识，计算3相电力中的每相的总负载量。在另一个实施例中，选择性地耦合至少一个插座还包括：基于所计算的3相电力中的每相的总负载量，识别3相电力中的最高负载相和最小负载相；并且基于所计算的最高负载相的总负载量，计算负载转移量。
根据一个实施例，选择性地耦合至少一个插座还包括：基于所监控的电流和所接收的总负载量和相标识，生成可转移负载的有序列表。在一个实施例中，生成可转移负载的有序列表包括：基于至少一个外部设备的网络地址，生成可转移负载的有序列表。在另一个实施例中，选择性地耦合至少一个插座还包括：从有序列表中选择可转移负载中的第一可转移负载；确定可转移负载中的第一可转移负载是否小于负载转移量；并且响应于确定可转移负载中的第一可转移负载小于负载转移量，从负载转移量中减去可转移负载中的第一可转移负载，以生成更新的负载转移量，并且确定可转移负载中的第一可转移负载是否与至少一个插座相关联。
根据另一个实施例，选择性地耦合至少一个插座还包括：响应于确定可转移负载中的第一可转移负载与至少一个插座相关联，将至少一个插座耦合到3相电力中的最小负载相；并且响应于确定可转移负载中的第一可转移负载与至少一个插座不关联，从有序列表中选择可转移负载中的第二可转移负载，并且确定可转移负载中的第二可转移负载是否小于更新的负载转移量。在一个实施例中，选择性地耦合至少一个插座还包括：响应于确定可转移负载中的第二可转移负载小于更新的负载转移量，从更新的负载转移量中减去可转移负载中的第二可转移负载，并且确定可转移负载中的第二可转移负载是否与至少一个插座相关联。
根据一个实施例，选择性地耦合至少一个插座还包括：响应于确定可转移负载中的第二可转移负载与至少一个插座相关联，将至少一个插座耦合到3相电力中的最小负载相。在一个实施例中，该方法还包括：确定冗余电力是否可用，并且选择性地耦合包括响应于确定冗余电力可用，将至少一个插座耦合到3相电力中的至少一相。
本发明的至少一个方面针对数据中心，该数据中心包括：电源，该电源提供3相电力；多个PDU，每个PDU耦合到电源并且被配置成接收3相电力并向至少一个负载提供3相电力中的至少一相；网络，该网络耦合到多个PDU；以及用于在多个PDU之间共享与3相电力相关的相负载信息并且基于相负载信息跨数据中心环境使3相电力的负载平衡的装置。
附图简述
附图并不旨在按比例绘制。在附图中，在各图中示出的每个相同的或近似相同的组件由相同的数字来表示。为了清楚起见，并非每个组件都可在每个附图中被标记。在附图中：
图1A是根据本发明的方面的数据中心环境的框图；
图1B是根据本发明的方面的PDU的俯视图；
图1C是根据本发明的方面的PDU的侧视图；
图2是根据本发明的方面的电源模块的电路图；
图3是示出根据本发明的方面的用于操作电源模块的过程的流程图；以及
图4是可以在其上实施本发明的各种实施例的系统的框图。
详细描述
本文所讨论的方法和系统的示例并不将其应用限于下面描述中阐述的或者在附图中示出的组件的构造以及布置的细节。所述方法和系统能以其他实施例实现并且能够以各种方式来实践或执行。本文提供的具体实施的示例仅用于说明性目的并不旨在限制。特别地，结合任何一个或者多个示例论述的动作、组件、元件以及特征不旨在排除任何其他的示例中的类似作用。
另外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，不应视为具有限制性。对本文以单数提到的系统和方法的示例、实施例、组件、元件或者动作的任何引用也可以包含包括复数的实施例，并且对于本文以复数对任何实施例、组件、元件或者动作的任何引用也可以包含仅包括单数的实施例。以单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制目前公开的系统或者方法、它们的组件、动作或者元件。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型旨在包括其后列举的项目和其等价物以及额外的项目。对“或”的引用可被解释为包含的，以便使用“或”描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个和所有的任何一个。另外，在本文和通过引用并入到本文中的文件之间对术语的使用不一致的情况下，在被并入的引入文件中的术语使用是对本文中的术语使用的补充；对于矛盾的不一致，以本文中的术语使用为准。
如上论述的，集中式数据中心通常包含很多设备的壳或机架，该设备的壳或机架可以包括设备，诸如服务器、网络设备或者其他设备。大型数据中心通常依赖于三相电力，以满足跨很多壳或者机架分布的设备(即，负载)的能量需求。如果施加到每个相的负载不相等，则将发生不平衡，并且系统可能开始消耗无功功率(VAR)。很多电力公用公司已开始向消费者收取该无功功率的费用。所增加的无功功率还可能导致与在系统平衡时相比更高的总电源电流。所增加的总电源电流可能导致在线路中的热量产生增加。热量产生通常损坏电子器件，并且还可能导致系统的冷却设备消耗额外的功率。
数据中心中的不平衡的负载还可能导致过载相，其使系统中对应的断路器跳闸，降低耦合到过载相的设备的功率。另外，数据中心中的不平衡的负载可能导致电力供应紧张、负载的电压差、前端滤波紧张、损耗增加和/或系统的可靠性降低。
平衡数据中心中的负载的一个常见障碍在于专用硬件通常用于将负载连接到预先确定的相。为了将负载切换到新的相，必须移动物理插头并且通常实施新的硬件。即使在插头可用于所有三相的情况下，也要注意将电线插入到正确的位置。平衡数据中心中的负载的另一个障碍在于使在三相电力系统中的负载平衡目前是非常劳动密集的手动的过程。监控每个相上的总负载并且作为响应手动调节设备与不同的相的连接可以是非常困难，特别是考虑到设备的添加/移除、某些设备的变化的电源状态、数据中心中设备的数量以及某些设备的功率汲取的可变的性质。
因此，提供了平衡跨数据中心环境中的可用相的负载的系统和方法。在至少一个实施例中，电源模块可被配置成选择用于耦合到该模块的设备的相间的输入或者相线对中性线的输入。电源模块在较低的相线对中性线电压和较高的相线间电压之间进行选择的能力给予数据中心操作者增强的灵活性。另外，多个电源模块可以经由网络连接在一起，这允许电源模块进行通信，以基于连接到该特定的3相电源的所有设备的电力使用，最佳确定哪些模块应连接到每个相或者多相。
图1A是根据本发明的方面的数据中心环境150的框图。数据中心环境150包括3相电源156、多个PDU 100和网络154。3相电源156包括第一相线101、第二相线103、第三相线107和中性线109。3相电源156的每个相线101、103、107被配置成运载由电源156提供的3相电力中的一相。
每个PDU 100包括多个电源模块200。每个电源模块200耦合到第一相线101、第二相线103、第三相线107和中性线109，并且每个电源模块200被配置成向耦合到电源模块200的至少一个负载152提供来自电源156的3相电力的至少一相(例如，经由电源模块200的插座)。每个电源模块200还耦合到网络154并且被配置成经由网络154与(在相同的和/或不同的PDU 100上的)其他电源模块200进行通信。在至少一个实施例中，网络154是局域网(LAN)。然而，在其他实施例中，网络可以是广域网(WAN)(例如，互联网)、控制器区域网络(CAN)或者任何其他适当类型的网络。如图1A所示，每个PDU 100经由有线连接耦合到网络；然而，在其他实施例中，PDU 100中的至少一个PDU可以经由无线连接(例如，诸如Wi-Fi、蓝牙或者ZigBee连接)耦合到网络154。
图1B是根据本发明的方面的PDU 100的俯视图以及图1C是根据本发明的方面的PDU 100的侧视图。PDU 100包括背板201、电源连接108和多个电源模块200。电源连接108被配置成耦合到电源。例如，在一个实施例中，电源连接108包括被配置成插入到电源(例如，在图1A中示出的3相电源156)的电源线。在耦合到电源156时，电源连接108还耦合到电源156的第一相线101、第二相线103、第三相线107和中性线109，并且电源接线108被配置成接收来自电源156的3相电力。背板201耦合到电源连接108并且被配置成经由电源连接108接收来自电源156的3相电力。PDU 100还包括至少一个通信插座106，通信插座106经由背板201耦合到多个电源模块200中的每个电源模块并且还被配置成耦合到网络154。
多个电源模块200中的每个电源模块包括至少一个电插座104。在一个实施例中，电插座104是C13插座；然而，在其他实施例中，插座104可以是任何其他类型的插座(例如，C19插座)或者电连接器(例如，螺栓端子、母线等)。每个插座104被配置成(例如，直接或者经由电源线)耦合到负载152。多个电源模块200中的每个电源模块还被配置成耦合到背板201。在一个实施例中，在PDU 100中的至少一个电源模块200被配置成可从PDU 100中移除(例如，如图1C所示)。在这样的实施例中，可移除的电源模块200可以经由连接器插针、插头、电触头或者通过一些其他适当的电连接器耦合到背板201。然而，在另一个实施例中，电源模块200中的至少一个电源模块是硬接线到PDU 100中(即，硬接线到背板201)的并且不能从PDU 100中移除。
由PDU 100从电源156接收的电力经由电源连接108和背板201被提供给每个电源模块200。每个电源模块200被配置成向耦合到电源模块的相应的插座104的负载152提供来自电源156的3相电力中的至少一相。
PDU 100可以包括任何数量的电源模块200，并且每个电源模块200可以包括任何数量的插座104(即，每个电源模块200可以耦合到任何数量的负载152)。在一个实施例中，PDU 100还包括其他与操作者相关的设备，诸如用户界面。另外，在一个实施例中，PDU 100是机架式PDU(rPDU)；然而，在其他实施例中，PDU 100可以是另一类型的PDU。PDU 100可以包含任何数量的配置并且仍然落入本公开的范围内。另外，任何数量的PDU都可以被包括在数据中心150中。
图2是根据本发明的方面的电源模块200的电路图。电源模块200被包括在PDU 100内或者耦合到PDU 100，并且电源模块200包括背板连接器202、数据连接器204、输入线路切换设备206、返回线路切换设备208、多个电流计210、多个电插座104和控制器212。
数据连接器204经由背板201耦合到在通信插座106中的至少一个。通信插座106被配置成耦合到网络154(例如，耦合到网络154中的路由器或者服务器)。控制器212耦合到数据连接器204并且被配置成经由数据连接器204和通信插座106与耦合到相同电源156和相同网络154的外部设备(例如，在相同PDU 100中的其他电源模块或者在数据中心150中其他PDU 100中的其他电源模块，其与电源模块200基本相同)进行通信。在一个实施例中，控制器212被配置成经由控制器区域网络(CAN)与其他类似的电源模块200进行通信；然而，在其他实施例中，控制器212可以被配置成通过不同类型的网络与其他电源模块200进行通信。
控制器212还耦合到在多个电流计210中的每个电流计。每个电流计210耦合到在多个电插座104中的一个电插座，并且每个电流计210被配置成监控从电源连接108到其对应的插座104(即，到耦合到相应的插座104的负载152)的电流。根据一个实施例，控制器212经由单总线211耦合到在电流计210中的每个电流计。例如，在一个实施例中，单总线211是内部集成电路(I2C)总线；然而，在其他实施例中，总线211可以是另一类型的总线。在其他实施例中，控制器212可以分别耦合到每个电流计210。
背板连接器202经由背板201耦合到电源连接108，并且背板连接器202被配置成接收来自耦合到电源连接108的电源(例如，在图1A中示出的电源156)的3相输入电力。3相输入电力的第一相被提供给耦合到背板连接器202的第一相线220，3相输入电力的第二相被提供给耦合到背板连接器202的第二相线222，并且3相输入电力的第三相被提供给耦合到背板连接器202的第三相线224。
输入线路切换设备206耦合到在多个电插座104中的每个电插座的正极侧并且被配置成将每个插座104的正极侧选择性地耦合到在第一相线220、第二相线222和第三相线224中的一个相线。输入线路切换设备206还经由输入选择控制线路213耦合到控制器212。返回线路切换设备208耦合到在多个电插座104中的每个电插座的负极侧并且被配置成将每个插座104的负极侧选择性地耦合到在第一相线220、第二相线222、第三相线224和耦合到背板连接器202的中性线226中的一个。返回线路切换设备208还经由返回选择控制线路215耦合到控制器212。如图1所示，控制器212经由离散控制线213、215耦合到输入线路切换设备206和返回线路切换设备208；然而，在其他实施例中，控制器212可以经由单个控制总线(例如，I2C总线)耦合到切换设备206、208。
由于3相输入电力从电源156经由电源连接108被提供给背板连接器202并且3相输入电力中的每个相被提供给在三个相线220、222、224中的一个，因此由控制器212选择性地配置输入线路切换设备206和返回线路切换设备208以向每个插座104提供期望的相线间电压(例如，第一相线220到第二相线222、第二相线222到第三相线224或者第三相线224到第一相线220)或者相线对中性线电压。
控制器212监控其自身的插座104的负载(例如，经由电流计210)，并且经由网络154、通信插座106和数据连接器204接收来自在数据中心150中的其他电源模块200(例如，在数据中心150中的相同PDU 100中的或者其他PDU 100中的其他电源模块)的负载信息。基于跨数据中心150的电源模块200(即，插座104)的负载信息，控制器212操作切换设备206、208以将插座104耦合到在3相电力中的至少一个期望的相，以更好地使跨数据中心耦合到每个相的负载平衡。以下更加详细地论述电源模块的操作。
图3是示出根据本发明的一个方面的用于操作电源模块200的过程的流程图。在块302处，控制器212通电并且(经由控制线213、215)操作切换设备206、208以按预先确定的配置将插座104耦合到相线220、222、224和中性线226。在一个实施例中，预先确定的配置是当控制器212最后断电时切换设备206、208所处的配置。在另一个实施例中，预先确定的配置是另一个默认配置。具有期望的相线间电压或者相线对中性线电压(对应于选定的切换设备206、208的预先确定的配置)的AC电力从电源连接108被提供给每个插座104。
在块304处，控制器212(经由电流监控器210)测量到其插座104中的每个插座的电流。在块306处，控制器212经由数据连接器204、通信插座106和网络154将(基于电流测量的)控制器212自身的负载信息传输到在数据中心150中的其他电源模块200。在一个实施例中，控制器212以预先确定的间隔来传输其测定的负载信息。在块308处，控制器212(经由网络154、通信插座106和数据连接器204)从数据中心150中的(例如，在相同PDU 100中的或者在其他PDU 100中的)其他电源模块200接收负载信息，该其他电源模块200也通过插座将来自3相电源156的电力提供给负载。
在一个实施例中，其中控制器212经由CAN总线与其他电源模块200进行通信，由控制器212从其他电源模块200接收的负载信息和由控制器212传输给其他电源模块200的负载信息包括：具有标识发送模块200(例如，发送模块的网络地址)的特定数据包报头和有效负载的消息，该有效负载指示在发送模块200的所有插座上的总负载并且识别与发送模块200的插座104耦合的相(或者多相)。
根据一个实施例，网络154被桥接一次或多次，以形成超网络，并且通过将所有网桥地址迭代级联于电源模块的网络地址来形成与每个电源模块200相关联的网络地址。在一个这样的实施例中，利用IP网桥和CAN网络，每个电源模块200与40位的地址相关联。前四个八位字节是网桥的IP地址，最后的八位字节是电源模块200的CAN地址。因此，多个CAN段可以为了负载平衡的目的而桥接在一起。
控制器212将来自每个接收的消息的负载信息和控制器212自身的负载信息传递到在其中跟踪数据中心中的每个模块200上的总负载的、与控制器212相关联的存储器中储存的表。在一个实施例中，表包括每个模块200的网络地址、每个模块200的总负载量和每个模块200当前连接的(多)相。在一个实施例中，表还包括针对每个模块而接收的最后消息的时间戳。
在块310处，控制器212确定模块200是否准备使负载平衡。在一个实施例中，如果模块200已经操作预先确定的时间段，则控制器212确定模块200准备使负载平衡。在另一个实施例中，如果自执行上次平衡后已经过去了预先确定的时间量，则控制器212确定模块200准备使负载平衡。
根据另一个实施例，如果冗余电源是有效的以使得在相位切换时任何连接的负载的电压将不会下降，则控制器212确定模块200准备使负载平衡。例如，在负载耦合到电源模块200和冗余电源两者并且负载能够在由电源模块200或者冗余电源提供的电力下运行的情况下，如果耦合到负载的冗余电源是有效的，则控制器212可以仅指示模块200准备使负载平衡。通过确认冗余电源是有效的，控制器212确保在相位切换期间如果需要的话(例如，由于错误或者延长的切换周期，其中模块200不向负载提供电力)，冗余电源可用于向负载供电。
可以由控制器212检查任何数量和/或配置的条件，以确定模块200是否准备进行负载平衡。响应于确定模块200不准备使负载平衡，在块304处，控制器继续监控其自身的负载(即，其插座104中的每个插座的电流)。
在块312处，响应于确定模块200准备使负载平衡，控制器212分析其生成的表，并且通过按相位对表中的所有负载求和来计算跨数据中心的(来自电源156的)3相电力中的每个相上的总负载。在一个实施例中，控制器212忽略在表中具有指示其在预先确定的时间段中还没有更新的时间戳(即，“太旧”或者“超时”)的任何条目。在一个实施例中，条目“超时”的时间段被定义为控制器212传输负载信息(例如，在块306处)的预先确定的间隔的数倍；然而，在其他实施例中，该时间段可以被定义为任何适当的时间量。
在块314处，控制器212计算在数据中心150中应当从3相电力中的一相转移到另一相的负载量(即，转移负载量)。在一个实施例中，转移负载量被定义为在最高负载相上的负载量和最小负载相上的负载量之间的差的一半。在其他实施例中，可以以不同方式计算转移负载量。
在块316处，控制器212确定计算出的转移负载量是否大于最小转移负载量。在一个实施例中，最小转移负载量是零；然而，在其他实施例中，可以以不同方式定义最小转移负载量。响应于确定计算出的转移负载量不大于最小转移负载量，在块304处，控制器212继续监控其自身的负载(即，其插座104中的每个插座的电流)。
在块318处，响应于确定计算出的转移负载量大于最小转移负载量，控制器212基于在其表中的信息来生成在数据中心150中的每个模块200的总负载量(即，在数据中心150中可转移的负载)的有序列表。有序列表还包括与每个总负载量相关联的电源模块200的标识(例如，网络地址)。
在一个实施例中，控制器212基于与每个总负载量相关联的相、每个总负载量的量值以及与每个总负载量相关联的电源模块200的网络地址，生成可转移的负载的有序列表。例如，控制器212可以首先基于每个总负载量相关联的相来对总负载量进行排序。总负载量是基于其相关联的相而被分组的，并且与(在块312处标识的)3相电力的最高负载相相关联的总负载量被首先列出。
控制器212随后可以基于每个总负载量的量值来对每个模块200的总负载量进行排序。在总负载量的每个分组(即，按相位而分组)内，总负载量是从最高量值到最低量值进行排序的。在基于相位和量值来对总负载量进行排序之后，与最高负载相(和对应的电源模块200的标识)相关联的最高量值的总负载量在有序列表中被首先列出。如果与最高负载相相关联的多于一个总负载量具有相同的量值，则对应于具有最低网络地址的电源模块200的总负载量被首先列出。根据其他实施例，控制器212可以基于电源模块200的一些其他顺序、配置和/或参数，生成来自数据中心105中的每个模块200的总负载量的有序列表。
在跨数据中心150(即，在每个PDU 100中)的电源模块200基本上相同并且被配置成以相同方式在基本上相同的时间生成有序列表的情况下，由每个电源模块200基于跨数据中心150的负载信息单独生成的有序列表将是相同的。每个电源模块200接收来自其他电源模块200的负载信息，但是在没有与其他电源模块200同步的情况下独立生成总负载量的有序列表。
在块320处，控制器212从其可转移的负载的有序列表中检索第一总负载量。在块322处，控制器确定第一总负载量是否小于先前计算的转移负载量。响应于确定第一总负载量不小于转移负载量，在块330处，控制器212确定其是否已到达有序可转移的负载列表的末尾。响应于确定控制器212已到达有序可转移的负载列表的末尾，在块304处，控制器212继续监控其自身的负载(即，其插座104中的每个插座的电流)。响应于确定控制器212尚未到达有序可转移的负载列表的末尾，在块332处，控制器212从有序列表中检索第二总负载量，并且在块322处确定第二总负载量是否小于转移负载量。只要仍有在有序列表中剩下的未检查的总负载量，就可以重复块322、330和332；或者可以重复块322、330和332，直到识别出总负载量小于转移负载量为止。
在块324处，响应于确定第一总负载量小于转移负载量，控制器212从转移负载量中减去第一总负载量。在块326处，控制器212确定第一总负载量是否与其自身的电源模块200(即，与控制器212相关联的插座104)相关联。在一个实施例中，控制器212通过检查与第一总负载量相关联的电源模块200的标识(例如，网络地址)来确定第一总负载量是否与其自身的电源模块200相关联。
在块328处，响应于确定第一总负载量与其自身的电源模块200相关联，控制器212经由控制线213、215发送控制信号，以操作切换装置206、208来将相应的插座104耦合到(在块312处标识的)3相电力中的最小负载相。在将第一总负载量转移到最小负载相后，在块304处，控制器212再次监控其自身的负载(即，其插座104中的每个插座的电流)。
响应于确定第一总负载与其自身的电源模块200不关联，控制器212行进通过如以上(例如，在块330、332和322处)论述的有序可转移的负载列表，以确定其是否应该执行任何相移。因为每个控制器212是对(如以上论述的)相同的独立生成的总负载量列表进行操作的，所以即使控制器212确定第一总负载量与其自身的电源模块200不关联，控制器212也假设与第一总负载量相关联的正确的电源模块200已被标识并且被适当地调节。不需要在电源模块200之间关于相移的直接同步。
通过平衡耦合到跨数据中心150的每个相的负载，可以降低数据中心150的无功功率(VAR)，并且可以避免在线路中的热量生成增加(例如，由于总电源电流增加)。
图4示出形成可被配置为实现本文公开的一个或多个方面的系统400的计算组件的示例框图。例如，系统400可以通信性地耦合到控制器或者被包括在控制器内和/或被配置成如以上论述地使耦合到数据中心的每个相的负载平衡。
系统400可以包括，例如，通用计算平台，诸如基于英特尔奔腾类型的处理器、摩托罗拉的PowerPC、Sun公司的UltraSPARC、德州仪器DSP、惠普公司的PA-RISC处理器或者任何其他类型的处理器的那些计算平台。系统400可以包括专门编程的专用硬件，例如，专用集成电路(ASIC)。本公开的各个方面可被实现为在诸如图4所示的系统400上执行的专用软件。
系统400可以包括处理器/ASIC 406，其被连接到一个或多个存储器设备410，诸如磁盘驱动器、存储器、闪存或者存储数据的其他设备。例如，在一个实施例中，系统400包括由英国剑桥的ARM控股制造的Cortex-M4处理器；然而，在其他实施例中，可以利用其他适当的处理器。
存储器410可以用于存储系统400的操作期间的程序和数据。计算机系统400的组件可以由互连机构408耦合，互连机构408可以包括一个或多个总线(例如，在集成于同一机器内的组件之间)和/或网络(例如，在存在于单独的机器上的组件之间)。互连机构408使通信(例如，数据、指令)能够在系统400的组件之间交换。
系统400还包括一个或多个输入设备404，输入设备404可以包括例如，键盘或触摸屏。系统400还包括一个或多个输出设备402，输出设备402可以包括例如，显示器。另外，计算机系统400可以包括可将计算机系统400连接至通信网络、附加到互连机构408或作为互连机构408的替代的一个或多个接口(未示出)。
系统400可以包括储存系统412，储存系统412可以包括计算机可读和/或可写非易失性介质，在该介质中，可以存储信号以提供要被处理器执行的程序或者提供介质上存储或在介质中存储的要被程序处理的信息。例如，该介质可以是磁盘或者闪存，并且在一些示例中，该介质可以包括RAM或者诸如EEPROM的其他非易失性存储器。在一些实施例中，处理器可以促使数据从非易失性介质中读取到比该介质允许处理器/ASIC对信息的更快的访问的另一个存储器410中。这种存储器410可以是易失性随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或者静态存储器(SRAM)。它可以定位在储存系统412中或者在存储器系统410中。处理器406可以操作集成电路存储器410内的数据，并且然后在完成处理后，将该数据复制到储存器412。用于管理储存器412和集成电路存储器元件410之间的数据移动的各个机制是已知的，并且本公开不限于此。本公开不限于特定的存储器系统410或者储存系统412。
系统400可以包括可使用高级计算机编程语言来编程的通用计算机平台。系统400还可以使用专门编程的专用硬件(例如，ASIC)来实现。系统400可以包括处理器406，处理器406可以是可商购得到的处理器，诸如熟知的可从英特尔公司得到的Pentium类型处理器。很多其他的处理器是可用的。处理器406可以执行操作系统，该操作系统可以是例如，可从微软公司得到的Windows操作系统、可从Apple计算机得到的MACOS系统X、可从Sun微系统得到的Solaris操作系统或者可以从各种来源得到的UNIX和/或LINUX。可以使用很多其他操作系统。
处理器和操作系统一起可以形成计算机平台，使用高级编程语言的应用程序可以被编写。应理解的是，本公开不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或者网络。另外，对本领域的技术人员应当明显的是，本公开不限于特定的编程语言或计算机系统。另外，应理解的是，还可以使用其他适当的编程语言和其他适当的计算机系统。
如上所述，在数据中心机架的PDU中采用电源模块200；然而，在其他实施例中，电源模块200可以在其他类型的PDU中、在耦合到3相电源的其他类型的配电点或者系统中或者在数据中心中的其他位置处实现。例如，可以在数据中心中的上游分配点处实现电源模块200。在另一个示例中，可以在以公用电力网级别运行的设备中实现电源模块200。
如上所述，电源模块200包括两个切换设备206、208。双切换设备给予数据中心增强的灵活性以平衡负载；然而，在其他实施例中，电源模块200可以包括单个切换设备。另外，如上所述，切换设备206、208的配置是由控制器212确定的；然而，在其他实施例中，切换设备206、208可以是由用户操作的手动开关。在这种实施例中，控制器212(例如，经由用户界面)向用户传输指示用户如何手动配置开关以最佳平衡负载的信号。在其他实施例中，至少一个开关可以被配置成手动或者自动地操作。
另外，如上所述，在电源模块200中的每个插座104经由开关电路206、208共同地耦合到3相电力中的相同的相；然而，在其他实施例中，不同组的插座(或者甚至单独的插座)可以分别耦合到3相电力中的不同的相。例如，电源模块200可以包括第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路被配置成将第一组插座104耦合到3相电力中的第一相，第二开关电路被配置成将第二组插座104耦合到3相电力中的第二相。第一组耦合的第一相可以与第二组耦合的第二相相同或者不同。电源模块可以包括任何数量的开关和/或任何数量的不同的插座组。
如上所述，在使负载平衡中，电源模块200将其负载从最高负载相移动到最小负载相；然而，在其他实施例中，电源模块200可被配置成以不同方式移动负载。
根据一个实施例，控制器212计算系统的总的能量节省(由于负载平衡)。成本节省可以是无功功率降低和/或减少的由于输入电流增加而提供冷却的需要的结果。在一个实施例中，经由用户界面向用户显示计算出的总的能源节省。
根据一个实施例，为了将电源模块200与不平衡的电力网集成，电源模块200可以经由向电源模块200通知不平衡电力网的负载的适配器耦合到不平衡的电力网。一旦它从不平衡的电力网接收到负载信息，则电源模块200可以在考虑不平衡的电力网的负载的同时执行平衡(如上所述)。
如上所述，在每个插座104处(由电流计210)执行计量，以监控模块200的每个插座的负载。在其他实施例中，可以在背板连接器202处、在电源连接108处或者在每个模块200中的某个其他点处执行每个相线220-224的计量，以监控每个模块200的每个相的总负载。
如上所述，PDU 100(和对应的电源模块200)经由网络154进行通信；然而，在其他实施例中，PDU 100(和对应的电源模块200)可以经由数据连接106彼此直接耦合，并且可以能够彼此直接通信。
根据一个实施例，电源模块200被配置成将与跨数据中心150的3相电源的每个相耦合的负载进行平衡；然而，在其他实施例中，电源模块200可被配置成将与跨电源模块200的较小分组的3相电源的每个相耦合的负载进行平衡。例如，电源模块200可被配置成将跨单个PDU 100、在PDU的相对小的分组内、跨装置机架的相对小分组(例如，跨1-8个装置机架)或者跨单个3相电源馈电的负载进行平衡。电源模块200可被配置成将跨任何数量的电源模块200的负载进行平衡。
本文描述的至少一些实施例提供了使在数据中心环境中跨可用相的负载自动平衡的系统和方法。在至少一个实施例中，电源模块基于跨数据中心的相的负载而独立地控制其自身的插座。电源模块基于在整个数据中心中的设备的电力使用来智能选择用于耦合到模块的设备的相间的输入或者相线对中性线的输入。电源模块在较低的相线对中性线电压和较高的相线间电压之间选择的能力给予数据中心操作者增强的灵活性。
通过将与跨数据中心的多个电源模块的每个相耦合的负载进行平衡，可以降低数据中心的无功功率(VAR)，并且可以防止在线路中热量产生增加(例如，由于总电源电流增加)。另外，通过每个电源模块独立地识别数据中心中的适当的相移，不需要在电源模块之间关于相移的直接同步。
在这样描述了本发明的至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域的技术人员将容易想到各种变更、修改和提高。这种变更、修改和提高旨在成为本公开的一部分，并且旨在本发明的精神和范围内。因此，前文的描述和附图仅仅是示例性的。

Claims (20)

1.一种配电单元(PDU)，所述PDU包括：
输入端，所述输入端被配置成耦合到电源，以接收来自所述电源的3相电力；
耦合到所述输入端的多个相线，每个相线被配置成运载所述3相电力中的一相；
至少一个插座；
至少一个开关电路，所述至少一个开关电路被配置成将所述至少一个插座选择性地耦合到所述多个相线；
数据连接；以及
控制器，所述控制器耦合到所述至少一个开关电路和所述数据连接，其中，所述控制器被配置成：监控从所述多个相线到所述至少一个插座的电流，经由所述数据连接接收与耦合到所述电源的至少一个外部设备的3相电力相关的相负载信息，并且基于所述电流和所接收的相负载信息，操作所述至少一个开关电路，以将所述至少一个插座选择性地耦合到在所述多个相线中的至少一个相线。
2.根据权利要求1所述的PDU，还包括至少一个电流监控器，所述至少一个电流监控器耦合到所述至少一个插座和所述控制器，所述至少一个电流监控器被配置成：生成指示在所述多个相线中的所述至少一个相线到所述至少一个插座的电流的至少一个信号，并且向所述控制器提供所述至少一个信号。
3.根据权利要求2所述的PDU，还包括耦合到所述输入端的中性线；
其中，所述至少一个开关电路包括：
第一开关电路，所述第一开关电路被配置成将所述至少一个插座选择性地耦合到所述多个相线中的第一相线；以及
第二开关电路，所述第二开关电路被配置成将所述至少一个插座选择性地耦合到在所述中性线和所述多个相线中的第二相线中的一个。
4.根据权利要求3所述的PDU，其中，在操作所述至少一个开关电路中，所述控制器还被配置成基于指示电流的所述至少一个信号和所接收的相负载信息，操作所述第一开关电路和所述第二开关电路，以向所述至少一个插座提供在相线间电压和相线对中性线电压中的一个。
5.根据权利要求1所述的PDU，其中，所述控制器还被配置成经由所述数据连接向所述至少一个外部设备传输基于所述电流的相负载信息。
6.根据权利要求1所述的PDU，其中，所述控制器还被配置成接收来自与所述PDU基本相同的外部设备的相负载信息。
7.一种用于操作PDU的方法，所述PDU包括电力输入端和至少一个插座，所述电力输入端被配置成接收来自电源的3相电力，所述至少一个插座被配置成向耦合到所述至少一个插座的负载提供所述3相电力中的至少一相，所述方法包括：
监控从所述电力输入端到所述至少一个插座的电流；
从耦合到所述电源的至少一个外部设备接收与所述3相电力相关的相负载信息；以及
基于所述电流和所接收的相负载信息，将所述至少一个插座选择性地耦合到在所述3相电力中的至少一相。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座包括将所述至少一个插座选择性地耦合到在所述3相电力中的第一相和在所述3相电力中的第二相，以向所述至少一个插座提供相线间电压。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座包括将所述至少一个插座选择性地耦合到在所述3相电力中的第一相和所述PDU的中性线，以向所述至少一个插座提供相线对中性线电压。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，接收相负载信息包括：
从所述至少一个外部设备接收所述至少一个外部设备的总负载量和在所述3相电力中的向所述至少一个外部设备提供所述总负载量的至少一部分的至少一相的标识。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座包括基于所述电流和所接收的总负载量和相标识，计算所述3相电力中的每相的总负载量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座还包括：
基于所述3相电力中的每相的计算出的总负载量，识别所述3相电力中的最高负载相和最小负载相；以及
基于所述最高负载相的计算出的总负载量，计算负载转移量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座还包括：基于所监控的电流和所接收的总负载量和相标识，生成可转移的负载的有序列表。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，生成所述可转移的负载的有序列表包括：基于所述至少一个外部设备的网络地址，生成所述可转移的负载的有序列表。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座还包括：
从所述有序列表中选择所述可转移的负载中的第一可转移的负载；
确定所述可转移的负载中的所述第一可转移的负载是否小于所述负载转移量；以及
响应于确定所述可转移的负载中的所述第一可转移的负载小于所述负载转移量，从所述负载转移量中减去所述可转移的负载中的所述第一可转移的负载，以生成更新的负载转移量，并且确定所述可转移的负载中的所述第一可转移的负载是否与所述至少一个插座相关联。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座还包括：
响应于确定所述可转移的负载中的所述第一可转移的负载与所述至少一个插座相关联，将所述至少一个插座耦合到所述3相电力中的所述最小负载相；以及
响应于确定所述可转移的负载中的所述第一可转移的负载与所述至少一个插座不关联，从所述有序列表中选择所述可转移的负载中的第二可转移的负载，并且确定所述可转移的负载中的所述第二可转移的负载是否小于所述更新的负载转移量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座还包括：
响应于确定所述可转移的负载中的所述第二可转移的负载小于所述更新的负载转移量，从所述更新的负载转移量中减去所述可转移的负载中的所述第二可转移的负载，并且确定所述可转移的负载中的所述第二可转移的负载是否与所述至少一个插座相关联。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，选择性地耦合所述至少一个插座还包括：
响应于确定所述可转移的负载中的所述第二可转移的负载与所述至少一个插座相关联，将所述至少一个插座耦合到所述3相电力中的所述最小负载相。
19.根据权利要求7所述的方法，还包括确定冗余电力是否可用，并且其中，选择性地耦合包括响应于确定冗余电力是可用的，将所述至少一个插座选择性地耦合到所述3相电力中的至少一相。
20.一种数据中心，所述数据中心包括：
电源，所述电源提供3相电力；
多个PDU，每个PDU耦合到所述电源并且被配置成接收所述3相电力并且向至少一个负载提供所述3相电力中的至少一相；
网络，所述网络耦合到所述多个PDU；以及
用于在所述多个PDU之间共享与所述3相电力相关的相负载信息并且基于所述相负载信息来跨所述数据中心的环境使所述3相电力的负载平衡的装置。
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