CN115034536A - 一种数据中心机房智能用电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数据中心机房智能用电管理系统，属于机房用电管理技术领域，还系统包括智能用电采集控制部分、环境参数采集部分以及云管理平台部分。目前存在的数据机房管理系统只采集监测机房环境参数或机房能耗信息，无法及时监测并定位硬件故障。本发明所述系统通过加入由训练好的SVM网络构成的硬件故障实时监测定位模块不仅可以实时监测数据机房的环境参数，保障机房高效运行所应具有的外部条件，同时可以实时监测并定位硬件故障方便及时解决，保障机房高效运行所应具有的内部条件。
Description
技术领域
本发明涉及机房用电管理技术领域，具体地说是一种数据中心机房智能用电管理系统。
背景技术
一般的，随着大数据时代的到来，云计算等技术得到广泛使用，用户对云计算能力的需求快速增长，促进了数据中心的飞速发展。数据中心机房故障的快速检测与定位关系到了中心机房能否高效运行。同时进入21世纪以来，电网方面加大了针对用电结构的电价改革投入，以及越来越重视节能减排。所以一套针对数据中心机房的智能用电管理系统，不仅对数据中心机房的高效运行有重要意义，而且对节能减排、改善供电服务质量等有重要意义。
现有技术下的数据中心机房管理中，只监测中心机房的环境参数，其缺点是：1)忽略机房的用电安全；2)无法定位及时监测并定位硬件故障。在统计中心机房能源消耗方面，其缺点是：1)忽略了中心机房环境参数对能耗的影响； 2)无法定位及时监测并定位硬件故障。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种数据中心机房智能用电管理系统，尤其涉及数据中心机房设备故障检测定位的用电管理控制系统。
本发明的技术方案是按以下方式实现的，本发明的一种数据中心机房智能用电管理系统，该系统包括：智能用电采集控制部分、环境参数采集部分以及云管理平台部分；其中在云管理平台部分的管理平台端之中的硬件故障实时监测定位模块中加入SVM网络，实时监测数据机房的环境参数，保障机房高效运行所应具有的外部条件；同时实时监测并定位硬件故障方便及时解决，保障机房高效运行所应具有的内部条件。
本发明的数据中心机房智能用电管理系统，其中：
智能用电采集控制部分包括普通插座模块、照明控制模块和空调模块；
在普通插座模块、照明控制模块和空调模块中的各个模块分别各自集成相匹配的单片机处理器，电量计量模块，控制模块和Wi-Fi模块；
单片机处理器的单片机和控制模块、电量计量模块电性连接，并通过Wi-Fi 模块与云管理平台连接；
云管理平台通过获取到的各路单片机处理信号，储存、分析、计算，之后反馈到各个单片机和控制模块；各个单片机和控制模块执行反馈信号的执行动作；
环境参数采集部分包括温湿度模块以及CO2模块；
环境参数采集部分是在环境参数采集器内部集成环境参数采集器单片机处理器，环境参数采集器包括：温湿度检测模块、CO2检测模块；环境参数采集器的单片机与温湿度检测模块、CO2检测模块电性连接，单片机通过Wi-Fi模块与云管理平台连接；
云管理平台包括云服务器端与管理平台端，其中管理平台端智能控制模块、用电统计分析模块以及硬件故障实时监测定位模块；
云端储存环境信息、负荷特性和用电信息，实时接收各模块的信息并于管理平台端进行显示，同时也将管理平台端的控制命令实时传达至对应的模块进行控制；
管理平台端包括智能控制模块、用电统计分析模块以及硬件故障实时监测定位模块；
智能控制模块通过云端将控制命令传至对应单片机来对相应模块进行控制；
用电统计分析模块通过读取云端存储的用电信息将能耗情况按类别按时间进行展示；
硬件故障实时监测定位模块将从云端读取的实时负荷特性输入进提前训练好的SVM网络，由SVM网络对负荷状态进行检测。
其中，所述普通插座模块内部集成有负载特性检测模块；
采用功率计量芯片对负载设备的用电情况进行测量，将负载设备的负荷特性进行收集，提供给云管理平台；电压采样部分通过电阻分压的方法进行测量，电流采样部分为将负载电流通过鏮铜电阻，使得电流信号转化为电压信号；
负载特性检测模块与电量计量模块分别将负载特性与用电量传递至单片机，由单片机通过Wi-Fi模块传递至云管理平台；云管理平台同样可以通过Wi-Fi模块将控制信息传递给单片机，由单片机完成对控制模块进行通断控制；
电量计量模块：采用电量计量芯片，将电信号转化成单片机能读取的数据后由单片机进行计算，来实现电能的计量；具体为通过前端的电能采集电路和信号调理电路，把采集的电信号送到电能计量芯片的输入端口，电能计量芯片内部集成了模数转换模块、数字处理模块，并把电参数储存参数输出寄存器中，通过通讯接口实现与单片机处理器的信息交流；
负载特性检测模块：采用功率计量芯片对负载设备的用电情况进行测量，将负载设备的负荷特性进行收集，提供给云管理平台；
负载特性检测模块的电压采样部分通过电阻分压的方法进行测量，
负载特性检测模块电流采样部分为将负载电流通过鏮铜电阻，使得电流信号转化为电压信号。
其中：
硬件故障实时监测定位模块是基于SVM支持向量机的二分类模型；
所采用的SVM函数是用来解决分类以及回归的问题，SVM是寻找一个优化的分类超平面，作为决策边界，使得分类边界能够最大化，SVM的目标是找到相应的支持向量去有效区分这两个类别；
SVM所解决的优化问题描述如下：
式中w，b表示超平面的参数；C罚函数因子；yi第i个类别的标签；Φ(xi)核函数。
SVM所解决的优化问题可以转换为一个有约束的问题，表示如下：
式中C表示罚函数因子，是一个正常数；<w,xi>表示数据点积；xi,yi表示输入、输出数据对；ξi,
表示松弛变量；Φ是核函数。
带有约束条件的优化问题(2)可以通过对偶Lagrange法进行求解:
式中ai表示Lagrange乘子；N为输入特征的数目。
设a*是这个对偶问题的最小化解，SVM的超平面为H(w*,b*)，定义
式中S表示支持向量的集合。
得到的分类超平面参数w*与b*表示如下：
因Gaussian RBF函数易产生过拟合现象故本发明采用Sigmoid核，核函数定义为：
式中a,b是大于零的常数，决定着核函数的行为。
所述的一种数据中心机房智能用电管理系统，在智能用电管理单元中的应用。
本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：
本发明的一种数据中心机房智能用电管理系统，该系统通过加入由训练好的SVM网络构成的硬件故障实时监测定位模块不仅可以实时监测数据机房的环境参数，保障机房高效运行所应具有的外部条件，同时可以实时监测并定位硬件故障方便及时解决，保障机房高效运行所应具有的内部条件。
本发明的一种数据中心机房智能用电管理系统设计合理、结构简单、安全可靠、使用方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。
附图说明
附图1是本发明的系统结构示意图；
附图2是本发明的各模块组成的结构示意图；
附图3是本发明的SVM解决的二分类问题示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种数据中心机房智能用电管理系统作以下详细说明。
如附图所示，本发明的一种数据中心机房智能用电管理系统，包括智能用电采集控制部分、环境参数采集部分以及云管理平台部分。智能用电采集控制部分包括普通插座模块、照明控制模块和空调模块；环境参数采集部分包括温湿度模块以及CO2模块；云管理平台包括云服务器端与管理平台端，其中管理平台端智能控制模块、用电统计分析模块以及硬件故障实时监测定位模块。其中：
所述普通插座模块设置于机房所需各处，内部集成有单片机处理器，负载特性检测模块，电量计量模块，控制模块和Wi-Fi模块。所述单片机与所述控制模块、负载特性检测模块、电量计量模块电性连接，通过所述Wi-Fi模块与所述云管理平台连接。所述负载特性检测模块与电量计量模块分别将负载特性与用电量传递至所述单片机，由所述单片机通过Wi-Fi模块传递至云管理平台。云管理平台同样可以通过Wi-Fi将控制信息传递给所述单片机，由所述单片机完成对所述控制模块进行通断控制。
所采用的电量计量模块的原理为：采用电量计量芯片，将电信号转化成单片机能读取的数据后由单片机进行计算，来实现电能的计量。具体为通过前端的电能采集电路和信号调理电路，把采集的电信号送到电能计量芯片的输入端口，电能计量芯片内部集成了模数转换模块、数字处理模块，并把电参数储存参数输出寄存器中，通过通讯接口实现与单片机处理器的信息交流。
所采用的负载特性检测模块的功能为：采用功率计量芯片对负载设备的用电情况进行测量，将负载设备的负荷特性进行收集，提供给云管理平台。电压采样部分通过电阻分压的方法进行测量，电流采样部分为将负载电流通过鏮铜电阻，使得电流信号转化为电压信号。
所述控制模块的原理为：由单片机控制继电器的吸合与点开，决定是否正常供电。所述Wi-Fi模块可以通过云管理平台接收管理客户端的控制信息。当单片机检测到禁用负载时，控制继电器自动断开。
所述空调插座模块内部集成有单片机处理器，电量计量模块，控制模块和 Wi-Fi模块。所述单片机与所述控制模块、电量计量模块以及显示模块电性连接，通过所述Wi-Fi模块与所述云管理平台连接。空调插座内部集成单片机芯片，可独立计算电量和将当前空调运行状态进行传输，同时将当前用电情况传递至所述云管理平台。
所述照明控制模块内部集成有单片机处理器，电量计量模块，控制模块和 Wi-Fi模块。所述单片机与所述控制模块、电量计量模块电性连接，通过所述 Wi-Fi模块与所述云管理平台连接。所述控制模块内部有两个继电器，分别由安装在机房内的开关和单片机控制。所述Wi-Fi模块可以通过云管理平台接收来自管理客户端的控制信息，之后由单片机控制继电器决定灯具的亮灭。
所述环境参数采集部分内部集成有单片机处理器，温湿度检测模块、CO2检测模块和Wi-Fi模块。所述单片机与所述温湿度检测模块、CO2检测模块电性连接，通过所述Wi-Fi模块与所述云管理平台连接。
云管理平台包括云服务器端与管理平台端，所述云端储存环境信息、负荷特性和用电信息，实时接收各模块的信息并于管理平台端进行显示，同时也将管理平台端的控制命令实时传达至对应的模块进行控制。所述管理平台端包括智能控制模块、用电统计分析模块以及硬件故障实时监测定位模块。所述智能控制模块通过所述云端将控制命令传至对应单片机来对相应模块进行控制。所述用电统计分析模块通过读取云端存储的用电信息将能耗情况按类别按时间进行展示。所述硬件故障实时监测定位模块将从云端读取的实时负荷特性输入进提前训练好的SVM网络，由SVM网络对负荷状态进行检测。
所采用的SVM网络原理为：SVM是一种常规的监督学习方法，广泛用来解决分类以及回归的问题，SVM解决分类问题通常是寻找一个优化的分类超平面，作为决策边界，从而使得分类边界能够最大化，图3表示了SVM在二分类问题中的应用，图中显示了两个类别标签，分别为+1以及–1，用“+”与“o”表示，w与b是超平面的参数，SVM的目标是找到相应的支持向量去有效区分这两个类别。
SVM所解决的优化问题可以描述如下：
式中w，b表示超平面的参数；C罚函数因子；yi第i个类别的标签；Φ(xi)核函数。
SVM所解决的优化问题可以转换为一个有约束的问题，表示如下：
式中C表示罚函数因子，是一个正常数；<w,xi>表示数据点积；xi,yi表示输入、输出数据对；ξi,
表示松弛变量；Φ是核函数。
带有约束条件的优化问题(2)可以通过对偶Lagrange法进行求解：
式中ai表示Lagrange乘子；N为输入特征的数目。
设a*是这个对偶问题的最小化解，SVM的超平面为H(w*,b*)，定义：
式中S表示支持向量的集合。
得到的分类超平面参数w*与b*表示如下：
因Gaussian RBF函数易产生过拟合现象故本发明采用Sigmoid核，核函数定义为：
式中a,b是大于零的常数，决定着核函数的行为。
该系统可以在的实时监测机房环境参数同时统计各负载的用电信息，并能远程操控机房新风或空调系统，同时也可以实时监测并定位硬件故障位置。
Claims (5)
1.一种数据中心机房智能用电管理系统，其特征在于该系统包括：智能用电采集控制部分、环境参数采集部分以及云管理平台部分；其中在云管理平台部分的管理平台端之中的硬件故障实时监测定位模块中加入SVM网络，实时监测数据机房的环境参数，保障机房高效运行所应具有的外部条件；同时实时监测并定位硬件故障方便及时解决，保障机房高效运行所应具有的内部条件。
2.一种数据中心机房智能用电管理系统，其特征在于该系统包括：智能用电采集控制部分、环境参数采集部分以及云管理平台部分；其中：
智能用电采集控制部分包括普通插座模块、照明控制模块和空调模块；
在普通插座模块、照明控制模块和空调模块中的各个模块分别各自集成相匹配的单片机处理器，电量计量模块，控制模块和Wi-Fi模块；
单片机处理器的单片机和控制模块、电量计量模块电性连接，并通过Wi-Fi模块与云管理平台连接；
云管理平台通过获取到的各路单片机处理信号，储存、分析、计算，之后反馈到各个单片机和控制模块；各个单片机和控制模块执行反馈信号的执行动作；
环境参数采集部分包括温湿度模块以及CO2模块；
环境参数采集部分是在环境参数采集器内部集成环境参数采集器单片机处理器，环境参数采集器包括：温湿度检测模块、CO2检测模块；环境参数采集器的单片机与温湿度检测模块、CO2检测模块电性连接，单片机通过Wi-Fi模块与云管理平台连接；
云管理平台包括云服务器端与管理平台端，其中管理平台端智能控制模块、用电统计分析模块以及硬件故障实时监测定位模块；
云端储存环境信息、负荷特性和用电信息，实时接收各模块的信息并于管理平台端进行显示，同时也将管理平台端的控制命令实时传达至对应的模块进行控制；
管理平台端包括智能控制模块、用电统计分析模块以及硬件故障实时监测定位模块；
智能控制模块通过云端将控制命令传至对应单片机来对相应模块进行控制；
用电统计分析模块通过读取云端存储的用电信息将能耗情况按类别按时间进行展示；
硬件故障实时监测定位模块将从云端读取的实时负荷特性输入进提前训练好的SVM网络，由SVM网络对负荷状态进行检测。
3.根据权利要求2所述的一种数据中心机房智能用电管理系统，其特征在于：
所述普通插座模块内部集成有负载特性检测模块；
采用功率计量芯片对负载设备的用电情况进行测量，将负载设备的负荷特性进行收集，提供给云管理平台；电压采样部分通过电阻分压的方法进行测量，电流采样部分为将负载电流通过鏮铜电阻，使得电流信号转化为电压信号；
负载特性检测模块与电量计量模块分别将负载特性与用电量传递至单片机，由单片机通过Wi-Fi模块传递至云管理平台；云管理平台同样可以通过Wi-Fi模块将控制信息传递给单片机，由单片机完成对控制模块进行通断控制；
电量计量模块：采用电量计量芯片，将电信号转化成单片机能读取的数据后由单片机进行计算，来实现电能的计量；具体为通过前端的电能采集电路和信号调理电路，把采集的电信号送到电能计量芯片的输入端口，电能计量芯片内部集成了模数转换模块、数字处理模块，并把电参数储存参数输出寄存器中，通过通讯接口实现与单片机处理器的信息交流；
负载特性检测模块：采用功率计量芯片对负载设备的用电情况进行测量，将负载设备的负荷特性进行收集，提供给云管理平台；
负载特性检测模块的电压采样部分通过电阻分压的方法进行测量，
负载特性检测模块电流采样部分为将负载电流通过鏮铜电阻，使得电流信号转化为电压信号。
4.根据权利要求2所述的一种数据中心机房智能用电管理系统，其特征在于：
硬件故障实时监测定位模块是基于SVM支持向量机的二分类模型；
所采用的SVM函数是用来解决分类以及回归的问题，SVM是寻找一个优化的分类超平面，作为决策边界，使得分类边界能够最大化，SVM的目标是找到相应的支持向量去有效区分这两个类别；
SVM所解决的优化问题描述如下：
式中w，b表示超平面的参数；C罚函数因子；yi第i个类别的标签；Φ(xi)核函数；
SVM所解决的优化问题可以转换为一个有约束的问题，表示如下：
式中C表示罚函数因子，是一个正常数；<w,xi>表示数据点积；xi,yi表示输入、输出数据对；ξi,
表示松弛变量；Φ是核函数；
带有约束条件的优化问题(2)可以通过对偶Lagrange法进行求解:
式中ai表示Lagrange乘子；N为输入特征的数目；
设a*是这个对偶问题的最小化解，SVM的超平面为H(w*,b*)，定义
式中S表示支持向量的集合；
得到的分类超平面参数w*与b*表示如下：
因Gaussian RBF函数易产生过拟合现象故本发明采用Sigmoid核，核函数定义为：
式中a,b是大于零的常数，决定着核函数的行为。
5.如权利要求1或2所述的一种数据中心机房智能用电管理系统，在智能用电管理单元中的应用。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115599626A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-01-13 | 珠海创投港珠澳大桥珠海口岸运营管理有限公司（Cn） | 一种机房ai智能监测系统 |
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2022
- 2022-03-22 CN CN202210283337.2A patent/CN115034536A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN115599626A (zh) * | 2022-09-27 | 2023-01-13 | 珠海创投港珠澳大桥珠海口岸运营管理有限公司（Cn） | 一种机房ai智能监测系统 |
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