JP2013074638A

JP2013074638A - 電源システム、サーバシステム、及び電源システムの電力制御方法

Info

Publication number: JP2013074638A
Application number: JP2011209753A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Koizumi; 和秀小泉
Original assignee: NEC Computertechno Ltd
Current assignee: NEC Computertechno Ltd
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: JP5822297B2

Abstract

【課題】電力供給元の安定度やコストに応じて、最適な電力消費が可能な電源システム提供する。
【解決手段】本発明の電源システムは、複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分けるＩｓｈａｒｅ接続を制御するスイッチ回路と、スイッチ回路のスイッチを制御するＩｓｈａｒｅ設定回路と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を設定する出力電圧設定回路と、Ｉｓｈａｒｅ設定回路と、出力電圧設定回路とを制御する制御回路とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関し、特に、最適な電源環境で電力を供給する電源システムに関する。

近年、サーバシステムに対する省電力や可用性に関する関心が高まっている。今後は、益々、電力をサーバシステム内の各ユニットに安定供給することができ、様々な電源環境で動作させることができる電源システムが求められることが予想される。

例えば、電力危機となった場合には、様々な電力供給元から電力の供給を受けなければならない可能性がある。このような場合では、従来の火力・原子力による電力と、クリーンエネルギーと呼ばれている風力・太陽光等による電力から、サーバシステムを駆動することが想定される。

一般に、複数の電源系統を持つ従来のサーバシステムでは、サーバシステムに搭載される複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットに、各々の電力系統から均等に電力を供給する。電力が、安定供給される環境では問題ないが、不安定な供給元（電力系統）からも電力供給を受ける場合は、必ずしも最適な供給方法とはいえない。そのため、複数の電源系統を持つサーバシステムにおいて、電力系統別に供給元の状況に合わせて電力を消費し、あらゆる電源環境に適用できるサーバシステムが求められている。コスト、安定度、供給能力などを勘案して系統別に消費電力を変えることができる電源システムが求められている。

本発明の分野における先行技術文献としては、特開２００７−２４４０９７号公報（特許文献１）に、複数のユニットそれぞれが出力する電力の配分比率を制御し、１つの電力発生手段が故障して使用できなくなった場合でも、電源装置としての出力電圧を維持することが可能な電源装置の発明が開示されている。

特開２００７−２４４０９７号公報

本発明の目的は、電力供給元の安定度やコストに応じて、最適な電力消費が可能な電源システム提供することにある。

本発明の電源システムは、複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分けるＩｓｈａｒｅ接続を制御するスイッチ回路と、前記スイッチ回路のスイッチを制御するＩｓｈａｒｅ設定回路と、前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を設定する出力電圧設定回路と、前記Ｉｓｈａｒｅ設定回路と、前記出力電圧設定回路とを制御する制御回路とを備える。

本発明の電力制御方法は、複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分けるＩｓｈａｒｅ接続を制御するスイッチ回路と、前記スイッチ回路のスイッチを制御するＩｓｈａｒｅ設定回路と、前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を設定する出力電圧設定回路と、前記Ｉｓｈａｒｅ設定回路と、前記出力電圧設定回路とを制御する制御回路とを備える電源システムにより実施される電力制御方法である。

制御回路が、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットの最大消費電力を設定するステップと、制御回路が、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、グループに分けるステップと、制御回路が、前記グループ毎に、消費電力の割り当て比率を変えるステップと、Ｉｓｈａｒｅ設定回路が、前記グループの分け方に基づいて、前記スイッチ回路のスイッチを制御するステップと、制御回路が、前記最大消費電力と前記割り当て比率に基づいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を算出するステップと、出力電圧設定回路が、前記出力電圧を前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットに設定するステップとを含む。

本発明によれば、電力供給元の安定度やコストに応じて、最適な電力消費が可能な電源システムを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態における電源システム１００のブロック図である。図２は、本発明の実施形態の電源システム１００における制御回路１１０のブロック図である。図３は、本発明の実施形態の電源システム１００の電力制御方法における初期設定フローのフローチャートである。図４は、本発明の実施形態の電源システム１００の電力制御方法における運用中の設定変更フローのフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施形態による電源システム１００を以下に説明する。

［構成の説明］
本実施形態における電源システム１００の構成の説明を行う。図１は、本発明の実施形態における電源システム１００のブロック図である。本実施形態の電源システム１００は、プロセッサ、メモリ等の負荷１０３を備えるサーバシステム１０に搭載されている。本実施形態の電源システム１００は、交流電源（ＡＣ）を供給する分電盤１０１から、電源系統１２１及び電源系統１２２の電力供給を受けている。本実施形態の電源システム１００は、交流電源（ＡＣ）を供給する分電盤１０２から、電源系統１２３及び電源系統１２４の電力供給を受けている。

ここで、分電盤１０１、及び分電盤１０２が供給する電力は、異なる電力供給元から供給されているとする。例えば、分電盤１０１が供給する電力は、電力会社Ａ社から供給され、分電盤１０２が供給する電力は、電力会社Ｂ社から供給されているとする。電力会社Ａ社と、電力会社Ｂ社が、供給する電力の特性は、異なるとする。例えば、電力会社Ａ社の電力はコストが安く、停電等の障害は殆ど無いが、電力会社Ｂ社の電力はコストが高く、度々、停電することがあるとする。

本実施形態の電源システム１００は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７、出力電圧設定回路１０８、Ｉｓｈａｒｅ設定回路１０９、制御回路１１０、コンソール１１１、ダイオード１１６〜１１９、電源系統１２１〜１２４、スイッチ回路１２５〜１２７、電流センサ１３１〜１３４、及び電流値情報信号線１４１〜１４４を備える。

ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７は、交流電流を直流電流に変換するＰＳＵ（ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＵｎｉｔ）である。各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７は、出力電圧を保持する出力電圧保持回路１１２〜１１５を備える。

出力電圧設定回路１０８は、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７に出力電圧を設定する回路である。

Ｉｓｈａｒｅ設定回路１０９は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニットのＩｓｈａｒｅ接続を制御するスイッチ回路１２５〜１２７のＯＮ／ＯＦＦを設定することにより、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７をグループに分ける。Ｉｓｈａｒｅ設定回路１０９により、グループ分けされた各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電力のバランスが保たれる。ここで、Ｉｓｈａｒｅ接続と、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電圧Ｖ１〜Ｖ４と出力電流Ｉ１〜Ｉ４の関係について、いくつかの例を用いて説明する。

Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４の場合は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７がすべて同一のグループとなるようにＩｓｈａｒｅ接続されている。その結果、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電流は、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４となる。

Ｖ１＝Ｖ２＞Ｖ３＝Ｖ４の場合は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５を含むグループと、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７を含むグループに分かれるようにＩｓｈａｒｅ接続されている。その結果、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電流は、Ｉ１＝Ｉ２＞Ｉ３＝Ｉ４となる。

Ｖ１＝Ｖ２＜Ｖ３＝Ｖ４の場合は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５を含むグループと、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７を含むグループに分かれるようにＩｓｈａｒｅ接続されている。その結果、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電流は、Ｉ１＝Ｉ２＜Ｉ３＝Ｉ４となる。

制御回路１１０は、出力電圧設定回路１０８とＩｓｈａｒｅ設定回路１０９を制御する回路である。コンソール１１１は、ユーザが、制御回路１１０に設定を行うためのコンソールである。ユーザの操作に基づいて、指示信号１２８が、制御回路１１０に送信される。ダイオード１１６〜１１９は、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７から出力された電流の逆流を防ぐ。

電源系統１２１は、分電盤１０１から給電される電源系統であり、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４に接続される。電源系統１２２は、分電盤１０１から給電される電源系統であり、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５に接続される。電源系統１２３は、分電盤１０２から給電される電源系統であり、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６に接続される。電源系統１２４は、分電盤１０２から給電される電源系統であり、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７に接続される。

電流センサ１３１〜１３４は、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７から出力された電流を計測する。電流値情報信号線１４１〜１４４は、電流センサが計測した電流値を制御回路に送信するための信号線である。

図２は、本発明の実施形態の電源システム１００における制御回路１１０のブロック図である。本実施形態の制御回路１１０は、初期設定部２０１、スケジューラ２０２、及び演算部２０３を備える。

初期設定部２０１は、コンソール１１１から送信された指示信号１２８から、各種設定情報を取り出し、制御回路１１０に保持させる。スケジューラ２０２は、制御回路１１０が、時間に基づいて、自動で所定の設定処理等を行うために使用するスケジューラである。スケジューラ２０２による所定の設定処理の例としては、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７をグループに分けた場合の消費電力のバランスを、時間帯で変更する処理がある。

例えば、昼間は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５を含むグループの消費電力を、電力システム１００の最大消費電力の６０％とし、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７を含むグループの消費電力を、電力システム１００の最大消費電力の４０％とし、夜間は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５を含むグループの消費電力を、電力システム１００の最大消費電力の５０％とし、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７を含むグループの消費電力を、電力システム１００の最大消費電力の５０％とする運用が可能になる。

演算部２０３は、初期設定部２０１やスケジューラ２０２の情報に基づいて、出力電圧設定回路１０８とＩｓｈａｒｅ設定回路１０９を制御するために必要な演算を行う。また、演算部２０３は、電流値情報信号線１４１〜１４４から受信された電流値情報に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７に設定された電圧比率を調整するためのフィードバック計算を行う。

［動作方法の説明］
本実施形態の電源システム１００における電力制御方法の説明を行う。はじめに、本実施形態の電源システム１００の初期設定フローについて説明する。図３は、本発明の実施形態の電源システム１００の電力制御方法における初期設定フローのフローチャートである。

（ステップＳ１）
コンソール１１１からの指示信号１２８により、サーバシステム１０の最大消費電力が初期設定部２０１に設定される。例えば、サーバシステム１０の最大消費電力として、３０００Ｗが設定される。

（ステップＳ２）
コンソール１１１からの指示信号１２８により、電源系統１２１〜１２４を、どのようにグループ分けするかを示すグループ情報が初期設定部２０１に設定される。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４とＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５のグループと、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６とＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７のグループに分けるグループ情報が、初期設定部２０１に設定される。

（ステップＳ３）
コンソール１１１からの指示信号１２８により、グループ分けした電源系統１２１〜１２４の消費電力の割り当て比率が、初期設定部２０１に設定される。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４とＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５のグループに６０％、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６とＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７のグループに４０％という情報が、初期設定部２０１に設定される。

（ステップＳ４）
制御回路１１０は、スイッチ回路１２５〜１２７のスイッチの設定情報をＩｓｈａｒｅ設定回路１０９に送信する。Ｉｓｈａｒｅ設定回路１０９は、当該スイッチの設定情報に基づいて、スイッチ回路１２５〜１２７のスイッチを制御する。

例えば、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７を、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４とＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５のグループと、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６とＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７のグループに分ける場合は、Ｉｓｈａｒｅ設定回路１０９は、次のようにスイッチ回路１２５〜１２７のスイッチを制御する。Ｉｓｈａｒｅ設定回路１０９は、スイッチ回路１２５をＯＮにし、スイッチ回路１２６をＯＦＦとし、スイッチ回路１２７をＯＮにする。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０５との間では、均等に電力が消費される。同様に、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０６と、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０７との間では、均等に電力が消費される。

（ステップＳ５）
制御回路１１０は、ステップＳ１〜Ｓ４で行った設定に基づいて、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電圧の演算を行う。制御回路１１０は、当該演算結果を、出力電圧設定回路１０８に送信する。

（ステップＳ６）
出力電圧設定回路１０８は、各電圧値保持回路１１２〜１１５に、当該演算結果に基づく出力電圧値を設定する。

次に、本実施形態の電源システム１００の設定変更フローについて説明する。図４は、本発明の実施形態の電源システム１００の電力制御方法における運用中の設定変更フローのフローチャートである。当該設定変更フローのフローチャートの処理は、制御回路１１０のスケジューラ２０２により、所定のタイミングで定期的に開始される。

（ステップＳ１１）
制御回路１１０の演算部２０３は、電流値情報信号線１４１〜１４４を介して、電流センサ１３１〜１３４から、電流値情報をフィードバックする。

（ステップＳ１２）
制御回路１１０の演算部２０３は、ステップＳ１１でフィードバックされた電流値情報に基づいて、各ＡＣ／ＤＣ変換ユニット１０４〜１０７の出力電圧の演算を行う。制御回路１１０の演算部２０３は、当該演算結果を、出力電圧設定回路１０８に送信する。

（ステップＳ１３）
出力電圧設定回路１０８は、各電圧値保持回路１１２〜１１５に、当該演算結果に基づく出力電圧値を設定する。

本実施形態によれば、複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットに対して、電力系統別に意図的に消費電力を変更することができる。これにより、電力供給元の安定度やコストに応じて、電源環境に合わせた最適な電力の消費を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１０サーバシステム
１００電源システム
１０１，１０２交流電源（ＡＣ）を供給する分電盤
１０３サーバシステム内の負荷
１０４，１０５，１０６，１０７ＡＣ／ＤＣ変換ユニット（ＰＳＵ）
１０８出力電圧設定回路
１０９Ｉｓｈａｒｅ設定回路
１１０制御回路
１１１コンソール
１１２，１１３，１１４，１１５出力電圧保持回路
１１６，１１７，１１８，１１９ダイオード
１２１，１２２，１２３，１２４電源系統
１２５，１２６，１２７スイッチ回路
１２８指示信号
１３１，１３２，１３３，１３４電流センサ
１４１，１４２，１４３，１４４電流値情報信号線
２０１初期設定部
２０２スケジューラ
２０３演算部

Claims

複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分けるＩｓｈａｒｅ接続を制御するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路のスイッチを制御するＩｓｈａｒｅ設定回路と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を設定する出力電圧設定回路と、
前記Ｉｓｈａｒｅ設定回路と、前記出力電圧設定回路とを制御する制御回路と
を備える電源システム。
前記電源システムは、
コンソールを更に備え、
前記制御回路は、
前記コンソールからの指示信号に基づいて、前記Ｉｓｈａｒｅ設定回路と、前記出力電圧設定回路とを制御する
請求項１に記載の電源システム。
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットは、
２つ以上の異なる電力供給元から、電力が供給され、
前記制御回路は、
同一の電力供給元から、電力が供給されている前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニット単位で、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分ける
請求項１又は２のいずれか１項に記載の電源システム。
前記制御回路は、
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットが消費する最大消費電力を決定し、
前記グループ毎に、消費電力の割り当て比率を変える
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源システム。
前記電源システムは、
前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電流を計測する電流センサを更に備え、
前記制御回路は、
前記電流センサが計測した電流値情報をフィードバックし、前記電流値情報に基づいて前記出力電圧設定回路を制御する
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源システム。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源システムを備えるサーバシステム。
複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットと、
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分けるＩｓｈａｒｅ接続を制御するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路のスイッチを制御するＩｓｈａｒｅ設定回路と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を設定する出力電圧設定回路と、
前記Ｉｓｈａｒｅ設定回路と、前記出力電圧設定回路とを制御する制御回路と
を備える電源システムにおいて、
前記制御回路が、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットの最大消費電力を設定するステップと、
前記制御回路が、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットを、グループに分けるステップと、
前記制御回路が、前記グループ毎に、消費電力の割り当て比率を変えるステップと、
前記Ｉｓｈａｒｅ設定回路が、前記グループの分け方に基づいて、前記スイッチ回路のスイッチを制御するステップと、
前記制御回路が、前記最大消費電力と前記割り当て比率に基づいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電圧を算出するステップと、
前記出力電圧設定回路が、前記出力電圧を前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットに設定するステップと
を含む電源システムの電力制御方法。
前記電源システムは、
コンソールを更に備え、
前記最大消費電力を設定するステップ、前記グループに分けるステップ、及び前記割り当て比率を変えるステップは、前記コンソールからの指示信号に基づいて行われる
請求項７に記載の電源システムの電力制御方法。
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットは、
２つ以上の異なる電力供給元から、電力が供給され、
前記グループに分けるステップは、
同一の電力供給元から、電力が供給されている前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニット単位で、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換ユニットをグループに分ける
請求項７又は８に記載の電源システムの電力制御方法。
前記電源システムは、
前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニットの出力電流を計測する電流センサを更に備え、
前記制御回路が、前記電流センサが計測した電流値情報をフィードバックするステップと、
前記制御回路が、前記電流値情報に基づいて、前記出力電圧設定回路を制御するステップと
を更に含む請求項７乃至９のいずれか１項に記載の電源システムの電力制御方法。