CN204903643U - 一种数据中心pue监测装置 - Google Patents

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曹可建
张章
姜文
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刘鑫沛
赵志国
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张大坤
高巍
沈彬
黄颖
付国强
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Abstract

本实用新型公开了一种数据中心PUE监测装置。包括至少1个列头柜功率采集模块，分别安装于数据中心的每个列头柜的电源输入端以分别采集各个列头柜的实时电源输入功率；市电功率采集模块，安装于数据中心的市电输入端以采集市电实时总输入功率；发电机功率采集模块，安装于数据中心的发电机输入端以采集发电机实时输入功率；数据处理模块，通过数据总线连接于所述列头柜功率采集模块、市电功率采集模块和发电机功率采集模块，以获得所述数据中心的电力使用效率PUE。本实用新型改进了测量点的位置，监测结果更加准确，并且便于监测点的布置和调整，配置灵活，能够根据数据中心的调整变化而灵活增加、减少功率采集模块或者调整采集模块的部署位置。

Description

一种数据中心PUE监测装置
技术领域
本实用新型涉及节能技术领域，特别涉及一种用于对数据中心能源使用效率(PUE)进行实时监测的装置。
背景技术
数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在internet(互联网)网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。数据中心是一整套复杂的设施，它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备(例如通信和存储系统)，还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。
随着数据吞吐量的不断增加，数据中心的机柜中所安装的IT(InformationTechnology，信息技术)设备也越来越多，随之而来的问题是机柜用电量不断地增加，同时数据中心的辅助设施的容量和用电量也在不断地增加，例如冷却系统、配电设备、UPS和发电机等都在不断地增加，进而数据中心的电能消耗不断地增大。不断增大的电能消耗浪费了大量的电能，因此需要对数据中心的电能消耗进行监测，进而寻找节省数据中心电能消耗好方法。
2007年，TGG(TheGreenGrid，绿色网格，解决耗电问题的联盟体系)首次在数据中心领域提出了PUE(PowerUsageEffectiveness，电力使用效率)的概念。此后，PUE逐渐成为国际通行的数据中心电力使用效率衡量指标，PUE也是考察数据中心绿色、节能、环保水平的重要指标。PUE是一个比率，越接近1表明能效水平越好，其计算公式为：
PUE＝数据中心总能耗/IT设备能耗
其中，数据中心的总能耗是维持数据中心正常运行的所有能耗，包括IT设备、制冷设备、供配电系统和其它设施的能耗的总和。如果数据中心所在建筑同时用于办公等其它用途，则办公等所消耗的电能不包括在数据中心总能耗中。在数据中心中，只有IT设备的能耗被认为是“有意义”的电能。PUE的实际含义是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到IT设备上。
PUE的实际含义，是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到IT设备上。根据定义，PUE值的取值范围为1.0到无穷大，数据中心机房的PUE值越大，则表示制冷和供电等配套基础设施所消耗的电能越大。PUE定义简单、易于操作，只需分别测量出数据中心总耗电和IT设备耗电，就能计算出数据中心的PUE值。
图1为现有的一种数据中心电路结构示意图。整个数据中心的电路系统中，由市电和/或发电机进行供电。一般情况下由市电供电，发电机作为备用供电装置，当市电停电时启用。转换开关作为整个数据中心的电路接入端，以接入市电和发电机，并根据市电的供电状况进行自动转换，当市电处于正常供电状态时，接入市电系统，而当市电不在正常供电状态时，自动切换为发电机供电。输入数据中心的电力，经过转换开关后进入配电系统，经过配电系统后分别输送给数据中心中的各个耗电系统，例如IT设备、空调系统、灯光照明等其他系统。其中，在配电系统输送给IT设备时，要先后经过UPS系统和列头柜。列头柜，是一列机柜设备最前端的一个机柜。在一列机柜设备当中，通常在最前端机柜的称之为列头柜，最末端机柜的称之为列尾柜。列头柜的主要功能是对列头柜所处的一列机柜的负载(即IT设备)提供电源，起到配电，监控，测量、保护、告警等功能。
严格来说，IT设备耗电应该在各IT设备输入电源处测量耗电量并进行加总，但由于IT设备数量较多，这一方法因为很大地增加了耗电量测量的工作量和成本而无法实施。因此，在实际操作中，是在UPS(UninterruptiblePowerSupply，不间断电源)输出处，即图1的M3点处进行测量，将测量值加总作为IT设备耗电。
在确定测量点之后，根据PUE的定义，计算PUE的值：
PUE＝(P1+P2)/P3
其中P1为在M1点测得的用电量，即市电和转换开关之间测得的用电量，P2为在M2点测得的用电量，即发电机和转换开关之间测得的用电量。
目前，基于动力环境监控技术而衍生出来的能耗监控手段不断进步。很多厂商开始为客户数据中心部署能耗监测系统，但是这些现有的检测手段，改造成本高，属于一次性施工，无法根据数据中心的设施变换而灵活调整配置。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种数据中心PUE监测装置，以实现根据数据中心的设施变换而灵活调整配置。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种数据中心PUE监测装置，包括：
至少1个列头柜功率采集模块，分别安装于所述数据中心的每一组机柜的列头柜的电源输入端以分别采集各个列头柜的实时电源输入功率；
市电功率采集模块，安装于所述数据中心的市电输入端以采集所述数据中心的市电实时总输入功率；
发电机功率采集模块，安装于所述数据中心的发电机输入端以采集所述数据中心的发电机实时输入功率；以及，
数据处理模块，通过数据总线连接于所述列头柜功率采集模块、市电功率采集模块和发电机功率采集模块，以根据所述各个列头柜的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率获得所述数据中心的电力使用效率PUE。
进一步，所述列头柜功率采集模块包括：
列头柜功率测量单元，安装于所述列头柜的电源输入端，以实时监测所述列头柜的电源输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述列头柜的实时电源输入功率；
第一数据总线适配单元，连接于所述列头柜功率测量单元并连接于所述数据总线，以将所述列头柜功率测量单元所获得的列头柜的实时电源输入功率通过所述数据总线发送给所述数据处理模块。
进一步，所述市电功率采集模块包括：
市电功率测量单元，安装于所述数据中心的市电输入端，以监测所述数据中心的市电输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述数据中心的实时市电总输入功率；
第二数据总线适配单元，连接于所述市电功率测量单元并连接于所述数据总线，以将所述市电功率测量单元所获得的数据中心的实时市电总输入功率通过所述数据总线发送给所述数据处理模块。
进一步，所述发电机功率采集模块包括：
发电机功率测量单元，安装于所述数据中心的发电机输入端，以监测所述数据中心的发电机输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述数据中心的实时发电机输入功率；
第三数据总线适配单元，连接于所述发电机功率测量单元并连接于所述数据总线，以将所述发电机功率测量单元所获得的数据中心的实时发电机输入功率通过所述数据总线发送给所述数据处理模块。
进一步，数据处理模块包括：
第四数据总线适配单元，连接于所述数据总线，以通过所述数据总线获得各个列头柜的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率；
数据计算单元，连接于所述第四数据总线适配单元，以根据所述实时电源输入功率、实时市电总输入功率和实时发电机输入功率，计算获得实时PUE值；
数据存储单元，连接于所述数据计算单元，以存储所述实时电源输入功率、实时市电总输入功率、实时发电机输入功率和实时PUE值；
数据分析单元，连接于所述数据存储单元，以从所述数据存储单元获取一段时间内的实时电源输入功率、实时市电总输入功率、实时发电机输入功率和实时PUE值，以获得所述一段时间内的平均PUE值。
进一步，所述列头柜功率采集模块的数量与所述列头柜的数量相等，每一个所述列头柜均安装一个列头柜功率采集模块。
从上述方案可以看出，本实用新型的数据中心PUE监测装置，改进了测量点的位置，与现有技术相比，因为分别针对每一个列头柜进行实时电源输入功率的测量，因此更加接近于实际IT设备负载的消耗功率，监测结果更加准确。同时，相比于对每一台IT设备负载进行单独监测的方案来说，监测点少，便于监测点的布置和调整。本实用新型只需在数据中心的市电输入端、发电机输入端和各个列头柜的电源输入端部署安装相应的功率采集模块，配置灵活，能够根据数据中心的调整变化而灵活增加、减少功率采集模块或者调整采集模块的部署位置。例如，当增加新的整组机柜时，只需增加新的列头柜功率采集模块于该新的整组机柜的列头柜的电源输入端即可，当在机柜中增加新的IT设备负载或者减少原有IT设备负载时，不需要增加新的列头柜功率采集模块，当减少或者拆除原有的整组机柜时，原有安装于该原有的整组机柜的列头柜功率采集模块只需随原有的整组机柜拆除即可，不影响数据处理模块的数据采集和统计。另外，本实用新型中列头柜功率采集模块、市电功率采集模块、发电机功率采集模块和数据处理模块通过数据总线进行数据传输，进而可通过更换总线适配单元的方式兼容多种数据总线，适应性强。本实用新型还通过单独的数据存储单元存储大量的PUE实时数据，进而便于后续的数据分析。
附图说明
图1为现有的一种数据中心电路结构示意图；
图2为本实用新型的数据中心PUE监测装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型作进一步详细说明。
如图2所示，本实用新型的数据中心PUE监测装置包括列头柜功率采集模块11、市电功率采集模块12、发电机功率采集模块13和数据处理模块14。其中，所述列头柜功率采集模块11为1个或者多个，分别安装于所述数据中心的每一组机柜的列头柜21的电源输入端以分别采集各个列头柜21的实时电源输入功率。所述市电功率采集模块12安装于所述数据中心的市电输入端22以采集所述数据中心的市电实时总输入功率。所述发电机功率采集模块13安装于所述数据中心的发电机输入端23以采集所述数据中心的发电机实时输入功率。所述数据处理模块14通过数据总线10连接于所述列头柜功率采集模块11、市电功率采集模块12和发电机功率采集模块13，以根据所述各个列头柜21的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率获得所述数据中心的电力使用效率PUE。
本实用新型实施例中，如图1所示，所述列头柜功率采集模块11的数量与所述列头柜21的数量相等，每一个所述列头柜21均安装一个列头柜功率采集模块11。这样，所采集的各个列头柜21的实时电源输入功率能够更加接近于每组机柜中IT设备负载的功率消耗。并且，当安装新的机柜或者拆除原有机柜时，相应的列头柜功率采集模块11可以随着新安装的机柜而增加，随着原有机柜的拆除而拆除，同时不影响数据处理模块14的数据采集和统计。
进一步地，本实用新型中，所述列头柜功率采集模块11包括列头柜功率测量单元111和第一数据总线适配单元112。其中，列头柜功率测量单元111安装于所述列头柜21的电源输入端，以实时监测所述列头柜21的电源输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，进而获得所述列头柜的实时电源输入功率。所述第一数据总线适配单元112连接于所述列头柜功率测量单元111并连接于所述数据总线10，以将所述列头柜功率测量单元111所获得的列头柜21的实时电源输入功率通过所述数据总线10发送给所述数据处理模块14。所述第一数据总线适配单元112，进一步由数据接口模块、RS485或者以太网协议转换模块、总线物理端口连接模块等模块构成，可根据数据总线的类型以支持RS485、TCP/IP协议等，进而实现数据由列头柜功率采集模块11向数据总线10的发送。
所述市电功率采集模块12包括市电功率测量单元121和第二数据总线适配单元122。其中，所述市电功率测量单元121安装于所述数据中心的市电输入端22，以监测所述数据中心的市电输入端22的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述数据中心的实时市电总输入功率。所述第二数据总线适配单元122连接于所述市电功率测量单元121并连接于所述数据总线10，以将所述市电功率测量单元121所获得的数据中心的实时市电总输入功率通过所述数据总线10发送给所述数据处理模块14。所述第二数据总线适配单元122，进一步由数据接口模块、RS485或者以太网协议转换模块、总线物理端口连接模块等模块构成，可根据数据总线的类型以支持RS485、TCP/IP协议等，进而实现数据由市电功率采集模块12向数据总线10的发送。
所述发电机功率采集模块13包括发电机功率测量单元131和第三数据总线适配单元132。其中，所述发电机功率测量单元131安装于所述数据中心的发电机输入端23，以监测所述数据中心的发电机输入端23的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述数据中心的实时发电机输入功率。所述第三数据总线适配单元132连接于所述发电机功率测量单元131并连接于所述数据总线10，以将所述发电机功率测量单元131所获得的数据中心的实时发电机输入功率通过所述数据总线10发送给所述数据处理模块14。所述第三数据总线适配单元132，进一步由数据接口模块、RS485或者以太网协议转换模块、总线物理端口连接模块等模块构成，可根据数据总线的类型以支持RS485、TCP/IP协议等，进而实现数据由发电机功率采集模块13向数据总线10的发送。
所述数据处理模块14包括第四数据总线适配单元141、数据计算单元142、数据存储单元143和数据分析单元144。其中，所述第四数据总线适配单元141连接于所述数据总线10，以通过所述数据总线10获得各个列头柜的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率。所述第四数据总线适配单元141，进一步由数据接口模块、RS485或者以太网协议转换模块、总线物理端口连接模块等模块构成，可根据数据总线的类型以支持RS485、TCP/IP协议等，进而实现从数据总线10对各个列头柜的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率的获取。所述数据计算单元142连接于所述第四数据总线适配单元141，以根据所述实时电源输入功率、实时市电总输入功率和实时发电机输入功率，计算获得实时PUE值。所述数据存储单元143连接于所述数据计算单元142，以存储所述实时电源输入功率、实时市电总输入功率、实时发电机输入功率和实时PUE值。所述数据分析单元144连接于所述数据存储单元143，以从所述数据存储单元143获取一段时间内的实时电源输入功率、实时市电总输入功率、实时发电机输入功率和实时PUE值，以获得所述一段时间内的平均PUE值。
其中，所述数据计算单元142通过如下公式获得所述实时PUE值：
PUE1＝(Ps1+Pf1)/Psum1
其中，PUE1为实时PUE值，Ps1为实时市电总输入功率，Pf1为实时发电机输入功率，Psum1为所有列头柜的实时电源输入功率之和。
所述数据分析单元144通过如下公式获得所述一段时间内的平均PUE值：
PUE2＝(Ps2+Pf2)/Psum2
其中，PUE2为所述一段时间内的平均PUE值，Ps2为实时市电总输入功率在所述一段时间内的积分值，即Ps2为Ps1在所述一段时间内的积分值，Pf2为实时发电机输入功率在所述一段时间内的积分值，即Pf2为Pf1在所述一段时间内的积分值，Psum2为所有列头柜的实时电源输入功率之和在所述一段时间内的积分值，即Psum2为Psum1在所述一段时间内的积分值。
本实用新型的数据中心PUE监测装置，改进了测量点的位置，与现有技术相比，因为分别针对每一个列头柜进行实时电源输入功率的测量，因此更加接近于实际IT设备负载的消耗功率，监测结果更加准确。同时，相比于对每一台IT设备负载进行单独监测的方案来说，监测点少，便于监测点的布置和调整。本实用新型只需在数据中心的市电输入端、发电机输入端和各个列头柜的电源输入端部署安装相应的功率采集模块，配置灵活，能够根据数据中心的调整变化而灵活增加、减少功率采集模块或者调整采集模块的部署位置。例如，当增加新的整组机柜时，只需增加新的列头柜功率采集模块于该新的整组机柜的列头柜的电源输入端即可，当在机柜中增加新的IT设备负载或者减少原有IT设备负载时，不需要增加新的列头柜功率采集模块，当减少或者拆除原有的整组机柜时，原有安装于该原有的整组机柜的列头柜功率采集模块只需随原有的整组机柜拆除即可，不影响数据处理模块的数据采集和统计。另外，本实用新型中列头柜功率采集模块、市电功率采集模块、发电机功率采集模块和数据处理模块通过数据总线进行数据传输，进而可通过更换总线适配单元的方式兼容多种数据总线，适应性强。本实用新型还通过单独的数据存储单元存储大量的PUE实时数据，进而便于后续的数据分析。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种数据中心PUE监测装置，其特征在于，包括：
至少1个列头柜功率采集模块，分别安装于所述数据中心的每一组机柜的列头柜的电源输入端以分别采集各个列头柜的实时电源输入功率；
市电功率采集模块，安装于所述数据中心的市电输入端以采集所述数据中心的市电实时总输入功率；
发电机功率采集模块，安装于所述数据中心的发电机输入端以采集所述数据中心的发电机实时输入功率；以及，
数据处理模块，通过数据总线连接于所述列头柜功率采集模块、市电功率采集模块和发电机功率采集模块，以根据所述各个列头柜的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率获得所述数据中心的电力使用效率PUE。
2.根据权利要求1所述的数据中心PUE监测装置，其特征在于，所述列头柜功率采集模块包括：
列头柜功率测量单元，安装于所述列头柜的电源输入端，以实时监测所述列头柜的电源输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述列头柜的实时电源输入功率；
第一数据总线适配单元，连接于所述列头柜功率测量单元并连接于所述数据总线，以将所述列头柜功率测量单元所获得的列头柜的实时电源输入功率通过所述数据总线发送给所述数据处理模块。
3.根据权利要求1所述的数据中心PUE监测装置，其特征在于，所述市电功率采集模块包括：
市电功率测量单元，安装于所述数据中心的市电输入端，以监测所述数据中心的市电输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述数据中心的实时市电总输入功率；
第二数据总线适配单元，连接于所述市电功率测量单元并连接于所述数据总线，以将所述市电功率测量单元所获得的数据中心的实时市电总输入功率通过所述数据总线发送给所述数据处理模块。
4.根据权利要求1所述的数据中心PUE监测装置，其特征在于，所述发电机功率采集模块包括：
发电机功率测量单元，安装于所述数据中心的发电机输入端，以监测所述数据中心的发电机输入端的三相电压、四相电流、以及三相功率，以获得所述数据中心的实时发电机输入功率；
第三数据总线适配单元，连接于所述发电机功率测量单元并连接于所述数据总线，以将所述发电机功率测量单元所获得的数据中心的实时发电机输入功率通过所述数据总线发送给所述数据处理模块。
5.根据权利要求1所述的数据中心PUE监测装置，其特征在于，数据处理模块包括：
第四数据总线适配单元，连接于所述数据总线，以通过所述数据总线获得各个列头柜的实时电源输入功率、所述数据中心的实时市电总输入功率和所述数据中心的实时发电机输入功率；
数据计算单元，连接于所述第四数据总线适配单元，以根据所述实时电源输入功率、实时市电总输入功率和实时发电机输入功率，计算获得实时PUE值；
数据存储单元，连接于所述数据计算单元，以存储所述实时电源输入功率、实时市电总输入功率、实时发电机输入功率和实时PUE值；
数据分析单元，连接于所述数据存储单元，以从所述数据存储单元获取一段时间内的实时电源输入功率、实时市电总输入功率、实时发电机输入功率和实时PUE值，以获得所述一段时间内的平均PUE值。
6.根据权利要求1至5任一项所述的数据中心PUE监测装置，其特征在于：
所述列头柜功率采集模块的数量与所述列头柜的数量相等，每一个所述列头柜均安装一个列头柜功率采集模块。
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