CN112260277A - 整机柜 - Google Patents

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苑梦雄
王鹏冲
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Abstract

本申请公开了整机柜，涉及服务器技术，可用于云计算和云服务等领域。该整机柜包括：电源进线和电源供应器，电源进线包括两路交流进线，两路交流进线输入的交流电的相位相反；两路交流进线与电源供应器的交流输入端相连，在同一时刻仅一路交流进线向电源供应器输入交流电，以调节输入的交流电的相位；电源供应器利用输入的交流电为整机柜内的服务器供电。采用相位相反的双路交流进线，灵活选择单相机柜所在的相位，降低三相不平衡度，提高供电可靠性。

Description

整机柜
技术领域
本申请实施例涉及数据中心技术领域，具体涉及服务器技术领域，尤其涉及整机柜。
背景技术
目前，整机柜采用电源供应器(Power Supply Unit，PSU)为服务器供电。在服务器电力输入端，仅依赖电源供应器的输出特性以保障供电质量。但因电源供应器本身故障问题会直接损坏服务器，这样的事情在机房中屡次发生。并且，整机柜为单相负载，随着服务器上线数量的增加，机柜间的负载差异会导致变压器三相不平衡问题突出。当前，如何控制机柜以提高服务器供电质量的问题亟待解决。
发明内容
本申请实施例提出了整机柜。
本申请实施例提出了一种整机柜，包括：电源进线和电源供应器，电源进线包括两路交流进线，两路交流进线输入的交流电的相位相反；两路交流进线与电源供应器的交流输入端相连，在同一时刻仅一路交流进线向电源供应器输入交流电，以调节输入的交流电的相位；电源供应器利用输入的交流电为整机柜内的服务器供电。
本申请实施例提供的整机柜的两路交流进线与电源供应器的交流输入端相连，在同一时刻仅一路交流进线向电源供应器输入交流电，以调节电源供应器输入到整机柜内的服务器的交流电的相位。采用相位相反的双路交流进线，灵活选择单相机柜所在的相位，降低三相不平衡度，提高供电可靠性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1是根据本申请实施例的整机柜的一个示意图；
图2是根据本申请实施例的整机柜的又一个示意图；
图3是根据本申请实施例的整机柜的另一个示意图；
图4是整机柜的电力拓扑图；
图5是电源供应器的界面的示意图；
图6是机柜管理单元的界面的示意图；
图7是低压电能质量控制单元的界面的示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参见图1，其示出了根据本申请实施例的整机柜的一个示意图。如图1所示，本实施例中的整机柜可以包括电源进线和电源供应器101，电源进线包括两路交流进线102、103。两路交流进线102、103输入的交流电的相位相反。例如，交流进线102输入的交流电的相位是A相/B相，交流进线103输入的交流电的相位是B相/C相。
两路交流进线102、103与电源供应器101的交流输入端相连。由于整机柜为单相负载，因此在同一时刻仅两路交流进线102、103中的一路向电源供应器101输入交流电。电源供应器101利用输入的交流电为整机柜内的服务器供电。随着整机柜内的服务器上线数量的增加，机柜间的负载差异会导致变压器三相不平衡。此时，通过切换向电源供应器101输入交流电的交流进线，可以在保障服务器正常运行的情况下调节输入的交流电的相位。从而灵活调整三相不平衡，降低变压器中性电流，提高供电可靠性。达到避免电能损耗、中性线路烧毁等造成的供电事故。
在本实施例的一些可选的实现方式中，两路交流进线102、103可以通过空开连接至电源供应器的交流输入端。空开的灵活开断能够控制整机柜当前运行相位。具体地，两路交流进线102、103后端均连接交流断路器。这两个交流断路器由远方控制，在机柜数量较多时，能够实现远方群控。这两个交流断路器存在通断互锁，在同一时刻仅闭合一个交流断路器为电源供应器101供电。不仅提高了相位调节的灵活性，并且能够取代列头柜与自动转换开关电器(Automatic transfer switching equipment，ATS)的功能，缩小整机柜体积，进而节省机架空间。
本申请实施例提供的整机柜的两路交流进线与电源供应器的交流输入端相连，在同一时刻仅一路交流进线向电源供应器输入交流电，以调节电源供应器输入到整机柜内的服务器的交流电的相位。采用相位相反的双路交流进线，灵活选择单相机柜所在的相位，降低三相不平衡度，提高供电可靠性。
继续参见图2，其示出了根据本申请实施例的整机柜的又一个示意图。如图2所示，本实施例中的整机柜可以包括电源进线、电源供应器201和机柜管理单元(RackManagement Controller，RMC)205。电源进线包括两路交流进线202、203和一路直流进线204。两路交流进线202、203输入的交流电的相位相反。例如，交流进线202输入的交流电的相位是A相/B相，交流进线203输入的交流电的相位是B相/C相。
两路交流进线202、203与电源供应器201的交流输入端相连。由于整机柜为单相负载，因此在同一时刻仅两路交流进线202、203中的一路向电源供应器201输入交流电。电源供应器201利用输入的交流电为整机柜内的服务器供电。随着整机柜内的服务器上线数量的增加，机柜间的负载差异会导致变压器三相不平衡。此时，通过切换向电源供应器201输入交流电的交流进线，可以调节输入的交流电的相位。从而灵活调整三相不平衡，降低变压器中性电流，提高供电可靠性。达到避免电能损耗、中性线路烧毁等造成的供电事故。
一路直流进线204与电源供应器201的直流输入端相连，向电源供应器201输入直流电。电源供应器201利用输入的直流电为整机柜内的服务器供电。
然而，在实际应用中，一旦电源供应器201发生故障，将导致电源供应器201的直流输出端的电压或电流突变，会损坏甚至烧毁整机柜内的服务器，造成较大的损失。为此，本实施例中的电源供应器201可以增加自动退出机制，实现故障快速隔离，减小故障范围。具体地，电源供应器201的直流输出端连接直流继电器。若电源供应器201运行正常，直流继电器闭合，以实现为电源供应器201正常供电。若电源供应器201运行异常，直流继电器断开，以停止为电源供应器201供电，从而避免从电源供应器201输入到整机柜内的服务器的直流电的电压和电流突变，损坏服务器。
此外，电源供应器201的直流输出端连接直流继电器由电源供应器201和机柜管理单元205共同控制，支持手动和远方控制通断，进而丰富了直流继电器的控制方式。其中，电源供应器201的人机交互位置设置有手动控制按钮，当运维人员发现电源供应器201状态异常时，通过手动控制按钮可以实现对直流继电器的手动控制。机柜管理单元205为通信控制，当机柜管理单元205检测到电源供应器201状态异常时，能够对直流继电器的自动控制。通常，机柜管理单元205的控制优先级高于电源供应器201。
在实际应用中，通常会存在多个电源供应器201并联运行的情况。以n个电源供应器201并联运行为例，电源供应器201的内部模块工作状态与直流继电器开关状态同步。直流继电器开关断开时，电源供应器201全部电力开关器件处于断开状态。直流继电器开关闭合时，电源供应器201正常工作。并且，n个电源供应器201间具有互锁逻辑。即，n个电源供应器201并联运行，在同一时刻仅有m个电源供应器201为断开状态。其中，m<n，且m和n为正整数。例如，一个整机柜具有6个电源供应器201，此配比为N+1冗余配置，此时若有故障发生，这6个电源供应器201仅能有1个电源供应器201退出运行。其中，N为正整数。
从图2中可以看出，与图1对应的实施例相比，本实施例中的整机柜增加了电源供应器自动退出机制。在电源供应器的直流输出端连接直流继电器，在电源供应器运行异常时，直流继电器断开，以停止为电源供应器供电，从而避免从电源供应器输入到整机柜内的服务器的直流电的电压和电流突变，损坏服务器。
继续参见图3，其示出了根据本申请实施例的整机柜的另一个示意图。如图3所示，本实施例中的整机柜可以包括电源进线、电源供应器301、机柜管理单元305和低压电能质量控制单元(Low-Voltage Power Quality Controller，LPQC)306。电源进线包括两路交流进线302、303和一路直流进线304。两路交流进线302、303输入的交流电的相位相反。例如，交流进线302输入的交流电的相位是A相/B相，交流进线303输入的交流电的相位是B相/C相。
两路交流进线302、303与电源供应器301的交流输入端相连。由于整机柜为单相负载，因此在同一时刻仅两路交流进线302、303中的一路向电源供应器301输入交流电。电源供应器301利用输入的交流电为整机柜内的服务器供电。随着整机柜内的服务器上线数量的增加，机柜间的负载差异会导致变压器三相不平衡。此时，通过切换向电源供应器301输入交流电的交流进线，可以调节输入的交流电的相位。从而灵活调整三相不平衡，降低变压器中性电流，提高供电可靠性。达到避免电能损耗、中性线路烧毁等造成的供电事故。
一路直流进线304与电源供应器301的直流输入端相连，向电源供应器301输入直流电。电源供应器301利用输入的直流电为整机柜内的服务器供电。
整机柜的中心位置增加低压电能质量控制单元306。低压电能质量控制单元306与电源供应器301并联运行，可以用于交流电和直流电的电能质量治理。低压电能质量控制单元306能够实现为微秒级电能质量控制，降低服务器电力冲击。低压电能质量控制单元306配置有DC/DC模块和AC/DC模块，使得低压电能质量控制单元306同时具备交、直流电能质量治理能力。
此外，低压电能质量控制单元306还配置有容量小于预设数值的锂电池。该锂电池可以用于快速充放电，将直流端或交流端的扰动消除。在功率突增时吸收电能，在功率突降时，释放电能。并且，在正常工作时，能够有效治理交、直流侧的电力谐波。
由此，全部功能下沉至机柜，去除机柜间的相互耦合，实现机房快速部署。本实施例的整机柜集供电与电能质量控制为一体，当新建数据中心上架运行时，工作人员可以忽略接线相位和市电电能质量问题，快速上架服务器，缩短数据中心建设和配置周期，实现机房快速部署。值得注意的是，该机柜在市电直供的情景下，服务器也能可靠长期运行。
从图3中可以看出，与图2对应的实施例相比，本实施例中的整机柜增加了电能质量控制。低压电能质量控制单元与电源供应器并联运行，可以用于交流电和直流电的电能质量治理。
本申请实施例提供的整机柜集成电能质量控制与服务器供电于一体，具备危险故障排除能力，全方位提高服务器供电可靠性。由于电能质量下沉至机柜级，整机柜连接市电更为安全，并且在服务器上架时，无需考虑机柜相位，极大缩短服务器上架时间，实现快速部署。因为机柜侧含有两路交流电源输入，另外一路交流电源的连接为服务器供电提供备用保障。当一路进线断电时，可以远程控制切换至另外一路，降低服务器断电风险。该设计配合小母线架构能够取代有自动转换开关电器功能的列头柜，节省机架空间。
为了便于理解，图4示出了整机柜的电力拓扑图。如图4所示，相位为A相/B相的交流电，相位为B相/C相的交流电通过相应的交流进线输入至n个并联的电源供应器(PSU 1…PSU n)。两路交流进线后端均连接交流断路器。这两个交流断路器由远方控制，在同一时刻仅闭合一个交流断路器为电源供应器供电。直流电通过相应的直流进线输入至n个并联的电源供应器。电源供应器的直流输出端连接直流继电器，直流继电器由电源供应器和机柜管理单元(RMC)共同控制，在电源供应器状态异常时通过断开直流继电器自动退出电源供应器。电源供应器利用输入的交流电和直流电为整机柜内的服务器供电。低压电能质量控制单元(LPQC)与电源供应器并联运行，可以用于交流电和直流电的电能质量治理。低压电能质量控制单元配置有DC/DC模块和AC/DC模块，使得低压电能质量控制单元同时具备交、直流电能质量治理能力。此外，低压电能质量控制单元还配置有超小容量的锂电池。该锂电池可以用于快速充放电，将直流端或交流端的扰动消除。
图5示出了电源供应器的界面的示意图。如图5所示，直流继电器由电源供应器控制，支持手动控制通断。电源供应器的界面上设置有直流继电器控制位按钮。若按钮闭合，为电源供应器正常供电。若按钮断开，停止为电源供应器供电。此外，电源供应器的界面上还设置有输入电源状态、输出电源状态和模块故障状态的指示灯。
图6示出了机柜管理单元的界面的示意图。如图6所示，直流继电器由机柜管理单元控制，支持远方控制通断。电源供应器的界面上设置有电源供应器状态指示灯，用于指示电源供应器是否运行正常。此外，电源供应器的界面上还设置有通讯正常、供电正常和模块故障状态的指示灯。
图7示出了低压电能质量控制单元的界面的示意图。如图7所示，低压电能质量控制单元的界面上设置有电能质量治理控制位按钮。若按钮闭合，为电源供应器正常供电。通过按钮的断开和闭合，控制低压电能质量控制单元运行和停止。此外，低压电能质量控制单元的界面上还设置有交流电源、直流电源和模块故障状态的指示灯。
本实施例中的服务器可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器，服务器可以是云服务器或者是带人工智能技术的智能云服务器或智能云主机。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (9)

1.一种整机柜，包括：电源进线和电源供应器，所述电源进线包括两路交流进线，所述两路交流进线输入的交流电的相位相反；
所述两路交流进线与所述电源供应器的交流输入端相连，在同一时刻仅一路交流进线向所述电源供应器输入交流电，以调节输入的交流电的相位；
所述电源供应器利用输入的交流电为所述整机柜内的服务器供电。
2.根据权利要求1所述的整机柜，其中，所述两路交流进线后端均连接交流断路器，两个交流断路器通断互锁，在同一时刻仅闭合一个交流断路器为所述电源供应器供电。
3.根据权利要求1或2所述的整机柜，其中，所述电源进线还包括一路直流进线；
所述一路直流进线与所述电源供应器的直流输入端相连，向所述电源供应器输入直流电；
所述电源供应器利用输入的直流电为所述整机柜内的服务器供电。
4.根据权利要求3所述的整机柜，其中，所述整机柜还包括机柜管理单元，所述电源供应器的直流输出端连接直流继电器，若所述电源供应器运行正常，所述直流继电器闭合，若所述电源供应器运行异常，所述直流继电器断开。
5.根据权利要求4所述的整机柜，其中，所述直流继电器由所述电源供应器和所述机柜管理单元共同控制。
6.根据权利要求5所述的整机柜，其中，所述电源供应器的人机交互位置设置有手动控制按钮，所述机柜管理单元为通信控制，所述机柜管理单元的控制优先级高于所述电源供应器。
7.根据权利要求6所述的整机柜，其中，若n个所述电源供应器并联运行，所述电源供应器的内部模块工作状态与所述直流继电器开关状态同步，n个所述电源供应器间具有互锁逻辑，在同一时刻仅有m个所述电源供应器为断开状态，其中，m<n，且m和n为正整数。
8.根据权利要求1或2所述的整机柜，其中，所述整机柜还包括低压电能质量控制单元，所述低压电能质量控制单元配置有DC/DC模块和AC/DC模块，所述低压电能质量控制单元与所述电源供应器并联运行，用于交流电和直流电的电能质量治理。
9.根据权利要求8所述的整机柜，其中，所述低压电能质量控制单元还配置有容量小于预设数值的锂电池，用于快速充放电，在功率突增时吸收电能，在功率突降时，释放电能。
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