通过波形监视管理电力馈送的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]组织诸如在线零售商、云计算提供商、互联网服务提供商、搜索服务提供商、金融机构、大学和其他计算密集型组织常常从大规模计算设施进行计算机操作。此类计算设施容置并容纳大量的服务器、网络和计算机设备以便处理、存储并交换需要来执行组织操作的数据。通常，计算设施的计算机机房包括许多服务器机架。每个服务器机架进而包括许多服务器和相关联的计算机设备。
[0002]因为计算设施的计算机机房可包含大量服务器，可需要大量电力来操作设施。另夕卜，电力被分配到遍布在整个计算机机房的大量位置(例如，彼此间隔的许多机架，以及每个机架中的许多服务器)。通常，设施以相对高的电压接收电力馈送。所述电力馈送逐步下降到较低电压(例如，480伏特)。布线、母线、电源连接器和配电单元的网络用于将电力在较低电压下递送到设施中的许多具体部件。
[0003]计算设施可从一个或多个外部电源接收一个或多个电力馈送。例如，电力馈送可源自公用电源。源自公用电源的电力馈送可沿高电压(例如，115千伏特)输电线传递到变电站，所述变电站可包括可将电力馈送电压逐步下降到较低电压并向计算设施供应电力馈送的变压器。电力馈送可由变电站变压器逐步下降到低电压(例如，480伏特)或中电压，所述中电压被分配给额外的变压器以另外逐步下降到低电压。
[0004]有时，来自外部电源的电力馈送可能经历干扰，所述干扰可能中断计算设施处的正常电力接收。例如，雷击可能导致设施处接收的电力馈送的短暂波动。在另一实例中，电力馈送可变得不稳定使得其变得不可由设施使用。在另一实例中，电力馈送中的意外波动可能损坏下游电设备。在又一实例中，电力馈送可能完全失败。
[0005]在许多情况下，计算设施可包括备用电源，所述备用电源可在来自外部电源的电力馈送损失的情况下向设施临时供应备用电力。例如，设施可包括由柴油发动机提供动力的发电机，其中如果主要公用电力馈送损失则致动所述发电机。计算设施可包括可在短时间段内提供不间断电力供应的不间断电源(UPS)诸如电池。
[0006]备用发电机可需要时间来致动并准备供应备用电力，这可呈现设施的困难，其中即使电力的短暂波动可损坏设备或以其他方式中断正常操作。此外，备用发电机可能操作起来是昂贵的。例如，以柴油为燃料的备用发电机可在一段时间内消耗大量的柴油燃料，并且发电机可需要额外维护以维持可靠的备用能力。另外，UPS对于计算设施可以是昂贵且笨重的资产，并且可能需要连续在线。连续致动UPS的这种需要可通过以下方式耗尽设施资源:需要额外维护以及通过与UPS相关联的能源损失增加设施的电力需求。
【附图说明】
[0007]图1是示出管理提供给数据中心中负载的电力的系统的一个实施方案的框图。
[0008]图2是示出管理提供给负载的电力的系统的一个实施方案的框图。
[0009]图3示出包括变电站的系统的一个实施方案，所述变电站包括管理从各种电源供应给负载的电力的电力监视系统。
[0010]图4示出包括变电站的系统的一个实施方案，所述变电站包括管理从各种电源供应给负载的电力的电力监视系统。
[0011]图5示出包括数据中心的系统的一个实施方案，所述数据中心包括管理从各种电源供应给数据中心中负载的电力的电力监视系统。
[0012]图6示出具有波形分析模块、控制模块、波形图案识别模块和数据存储的电力监视系统的一个实施方案。
[0013]图7A、图7B和图7C是示出根据一个实施方案的与各种电力事件相关联的电力波形的图。
[0014]图8示出根据一个实施方案的电力管理基础设施的操作，所述电力管理基础设施包括变电站、电力监视系统和数据中心还包括备用发电机。
[0015]图9示出根据一个实施方案的管理供应给负载的电力馈送。
[0016]图10示出根据一个实施方案的识别电力波形中的波形图案。
[0017]图11示出根据一个实施方案的发展与电力事件相关联的图案识别数据。
[0018]图12是示出可以在一些实施方案中使用的示例计算机系统的框图。
[0019]虽然在本文中通过列举若干实施方案和说明性附图的实例的方式描述了实施方案，但本领域的那些技术人员应认识到，实施方案并不限于所描述的实施方案或附图。应理解，附图和对其的详细描述并非意图将实施方案限于所公开的特定形式，但是相反，其意图在于涵盖落入由所附权利要求书所限定的精神和范围内的全部修改、等同物以及替代方案。本文中使用的标题仅用于组织目的，并且并不意图用于限制说明书或权利要求书的范围。如贯穿本申请所用，词语“可”是以允许意义(即，意味着有可能)而不是强制意义(即，意味着必须)使用。类似地，词语“包括(include/including/includes)”意味着包括但不限于此。
【具体实施方式】
[0020]公开了用于管理对负载的电力馈送的系统和方法的各种实施方案。根据一个实施方案，一种系统包括:基于低电压电力的供应操作的数据中心；电耦接到数据中心的变电站;和电力波形监视系统。变电站包括变压器和切换装置。变压器将高电压电力逐步下降到供应给数据中心的低电压电力，并且切换装置选择性地将高电压电力从主要公用电源或替代公用电源输送到变压器。电力波形监视系统针对指示从主要公用电源接收的高电压电力的潜在中断的波形图案监视从主要公用电源接收的高电压电力的波形，并且在识别波形图案之后，指导切换装置由从主要公用电源输送高电压电力切换到从替代公用电源输送高电压电力。
[0021]根据一个实施方案，一种系统包括计算装置，所述计算装置包括波形分析模块和控制模块。波形分析模块识别在变电站接收的第一高电压电力馈送的波形图案。变电站将高电压电力馈送转换成供应给低电压电力负载的低电压电力输出。在识别波形图案之后，控制模块指导变电站的一部分从转换第一高电压电力馈送切换到转换第二高电压电力馈送。
[0022]根据一个实施方案，一种方法包括:由计算装置执行基于监视与第一高电压电力馈送相关联的第一波形确定第一高电压电力馈送的潜在中断，以及在确定潜在中断之后，指导切换装置从转发第一高电压电力馈送切换到转发替代电力馈送。
[0023]如本文使用的，“电缆”包括携带一个或多个导体并且在其长度的至少一部分上具有柔性的任意电缆、导体或线。电缆在其一个或多个端部处可包括连接器部分诸如插头。
[0024]如本文使用的，“计算”包括可由计算机、计算装置或处理器执行的诸如计算、数据存储、数据检索或通信的任意操作。
[0025]如本文使用的，“计算装置”包括在其中可实施计算操作的各种装置中的任意装置，诸如计算机系统或其部件。计算装置的一个实例是机架式服务器。如本文使用的，术语计算装置不限于仅仅那些在本领域中称为计算机的集成电路，而广泛地指代处理器、服务器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其他可编程电路，并且这些术语在本文中互换地使用。计算装置的一些实例包括电子商务服务器、网络装置、电信设备、医疗设备、电源管理和控制装置和专业音响设备(数字、模拟、或其组合)。在各种实施方案中，存储器可包括但不限于，计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)。替代地，也可以使用光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。另外，额外的输入通道可包括与操作员接口相关联的诸如鼠标和键盘的计算机外围设备。替代地，也可使用可包括例如扫描器的其他计算机外围设备。此外，在一些实施方案中，额外的输出通道可包括操作员接口监视器和/或打印机。
[0026]如本文使用的，“计算机机房”指的是诸如机架式服务器的计算机系统在其中操作的建筑的房间。
[0027]如本文使用的，“数据中心”包括在其中实施计算机操作的任意设施或设施的部分。数据中心可包括专用于特定功能或提供多种功能的服务器。计算机操作的实例包括信息处理、通信、模拟和操作控制。
[0028]如本文使用的，在电力基础设施中，如果一个部件从另一部件接收电力或者在系统中处于比另一部件低的级别，那么在系统中所述一个部件位于所述另一部件的“下游”。例如，楼层配电电源(PDU)可位于UPS的下游，或者数据中心可位于发电厂的下游。
[0029]如本文使用的，“负载”包括电力基础设施的输出和由一些或全部电力基础设施消耗的包括输出的电能。例如，电力基础设施中的负载可包括消耗来自电源的分配到整个电力基础设施的电力的计算设施。
[0030]如本文使用的，“模块”是部件或部件的组合。模块可包括功能元件和系统，诸如计算机系统、电路板、机架、鼓风机、管道和配电单元，以及结构元件，诸如基础、框架、外壳或容器。
[0031]如本文使用的，“电力馈送”包括来自任意源的电力，包括但不限于从公用电源接收的可供应给电负载的电力。在一些实施方案中，“电力馈送”可从变压器的输出端接收。例如，从变压器接收的低电压电力馈送可包括通过耦接到变压器的低电压输电线接收的低电压电力。
[0032]如本文使用的，“输电线”是将电力从一个部件传输到另一部件的线。输电线的实例包括:将电力从UPS传送到楼层rou的导体，将电力从楼层rou传送到机架rou的导体，和将电力从机架rou传送到服务器供电单元的导体，以及电力线。输电线可具有任意形式，诸如电缆、母线或其他导电构件或装置。
[0033]如本文使用的，“配电单元”指的是可用于分配电能的任意装置、模块、部件或其组合。配电单元的元件可嵌入在单一部件或组件(诸如容置在公共外壳中的变压器和机架配电单元)内，或者可分配在两个或更多个部件或组件(诸如各自容置在单独外壳中的变压器和机架配电单元以及相关联的电缆等)中。配电单元可包括变压器、电力监视、故障检测和隔离。
[0034]如本文使用的，“楼层配电单元”指可向计算机机房中的各种部件分配电能的配电单元。在一些实施方案中，楼层配电单元包括变压器。在一个实施方案中，楼层配电单元包括标准k变压器。配电单元可容置在诸如机柜的外壳中。
[0035]如本文使用的，“机架配电单元”指可用于向机架中的各种部件分配电能的配电单元。机架配电可包括各种部件和元件，所述各种部件和元件包括线路、母线、连接器和断路器。在一些实施方案中，机架配电单元可仅向机架中的一些电系统分配电力。在一些实施方案中，单一机架包括向机架中不同组的电系统分配电力的两个或更多个机架配电单元。例如，一个机架可包括向机架中一半的服务器分配电力的左机架配电单元，和向机架中另一半的服务器分配电力的右机架配电单元。
[0036]如本文使用的，“机架”指的是机架、容器、框架或可包含或物理支持一个或多个计算装置的其他元件或元件的组合。
[0037]如本文使用的，“储备电力”和“备用电力”可互换地指可在主要电力供应给负载失败之后或作为其替代可供应给电负载的电力。例如，来自备用发电机的电力馈送可包括备用电力。
[0038]如本文使用的，“信号”包括电或电磁脉冲、波、音调、脉冲或其组合。信号可作用来指示、识别、通知、指导、指示、命令或警告。信号可以是离散信息集(例如，消息中的字符序列)、连续的(诸如波)、周期的或其组合。信号可具有各种规则或不规则特性中的任意特性。在一些实施方案中，信号包括一个或多个重复特性，诸如正弦波、方波或锯齿波。在一些实施方案中，信号具有非重复特性。信号可施加到单一导体或通过单一导体传输或施加到一组两个或更多个的导体。在一些实施方案中，信号是通过空气传输的电磁信号(例如，无线信号)。在一些实施方案中，信号具有另一信号的特性。例如，电路可包括由仪表变压器产生的电流，所述电流是以已知或预定因子正比于另一电路中的全电流的减少的电流，使得第一电路中的减少的电流可用于确定另一电路中的全电流。
[0039]如本文使用的，“变电站(substat1n)”或“变电站(electrical substat1n)”包括处理从一个或多个电源接收的电力以用于分配的一个或多个部件的集合。在一些实施方案中，变电站包括变压器、切换装置、生成关于接收的电力的数据的传感器设备，和开关装置。例如，从两个单独公用电源接收高电压电力的变电站可包括:变压器，其将电压逐步下降到中电压;开关装置，其将从电源中的一个或两个接收的电力与下游设备隔离；以及传感器设备，其生成关于从电源中的一个或两个接收的电力的数据。
[0040]如本文使用的，“切换装置”或“开关”包括可断开电流的电开关。切换装置可中断电力流，使电力馈送的源或输出中的一个转向等。例如，切换装置可选择性地将电力馈送从两个或更多个源中的一个输送到单一输出端。
[0041]如本文使用的，“开关装置”包括用于隔离电系统中的部件的电切换装置、保险丝、断路器或其组合。开关装置可将下游部件与上游电力馈送隔离。在一些实施方案中，开关装置隔离部件以便保护设备免受电系统中各处的电故障。例如，计算设施中的开关装置可将设施中的各种电系统和计算系统与上游电力馈送隔离。
[0042]如本文使用的，在系统中，如果一个部件向另一部件供应电力或者在系统中处于比另一部件高的级别，那么在系统中所述一个部件位于所述另一部件的“上游”。例如，向数据中心供应电力的变电站可位于数据中心的上游，或者变压器可位于UPS的上游。
[0043]如本文使用的，“低电压”指小于约I千伏特的电压。例如，低电压电源可具有约200伏特的电压。
[0044]如本文使用的，“中电压”指范围在约I千伏特与35千伏特之间的电压。例如，中电压的电力馈送可具有约60Hz的频率下的约13.8千伏特或12.5千伏特的电压。
[0045]如本文使用的，“高电压”指超出约35千伏特的电压。例如，高电压电力馈送可具有约115千伏特的电压。
[0046]如本文使用的，“波形”指的是具有一个或多个周期性特性的信号。波形可以是，例如，具有特定频率和振幅的正弦波。
[0047]如本文使用的，“波形图案”指的是信号的一个特性或一组特性，其可用于识别与通过输电线传输的或来自电源的电力相关联的事件的发生或可能发生。例如，波形图案可用于检测从第一电源接收的电力正在经历干扰。作为另一实例，波形图案可用于检测通过第一输电线接收的电力可能被中断或失败。可从在系统中的一个或多个点处感测的输出信号建立波形图案。波形图案可具有各种区别特性中的任意特性。在一些实施方案中，波形图案具有区别谐波特性，诸如具有特定形状、频率和振幅的波形。波形图案可包括载波(诸如向电系统供应电力的电力传输波)的元素和一个或多个额外信号。
[0048]如本文使用的，“逐步”、“逐步上升”、“逐步下降”等指改变电压。例如，将电力馈送的电压从低电压增加到高电压的变压器使电力馈送的电压“逐步上升”。在另一实例中，将电力馈送的电压从高电压降低到低电压的变压器使电力馈送的电压“逐步下降”。
[0049]在各种实施方案中，电力基础设施包括电力监视系统，所述电力监视系统耦接到电力基础设施中的一个或多个部件，并且基于监视电力基础设施中的一个或多个电力馈送的波形管理从一个或多个电源到负载的电力分配。
[0050]在一些实施方案中，电力基础设施包括数据中心，并且电力监视系统管理到数据中心的电力供应以便确保对数据中心的负载的不中断的供应，这可包括数据中心中的一些或全部机架部件。电力监视系统可通过以下方式来管理供应给数据中心的电力:监视电力基础设施中的各种电力馈送的波形以确定电力馈送的质量，以及基于监视控制一个或多个部件以确保从电力馈送中的一个或多个到数据中心负载的稳定电力供应。在一些实施方案中，电力监视系统监视高电压电力馈送的波形并通过控制哪个选择的高电压电力馈送被用于向数据中心供应电力来管理对负载的电力供应。电力监视系统可在输送高电压馈送与输送低电压电力馈送之间切换，包括对数据中心的一个或多个中等电压和低电压电力馈送。
[0051]图1是示出管理提供给数据中心中负载的电力的系统的一个实施方案的框图。可包括在电力基础设施中的系统100包括一个或多个电源102a、102b、102c，变电站110，数据中心120和电力监视系统116。
[0052]在一些实施方案中，变电站110、数据中心120208和电力监视系统116中的一个或多个是公共设施的部分，并且由公共实体或其一些组合控制。例如，变电站110、监视系统116和数据中心120可位于同一设施中并且是与电力公用实体不同的公共实体的部分。
[0053]为了说明的目的，图1中示出三个电源102a、102b、102c。但是，电源的数量可根据实施方案(并且在给定实施方案中，根据系统)而变化。另外，图1中示出的元件中的任意元件的数量可根据实施方案(并且在给定实施方案中，根据系统)而变化。例如，在一些实施方案中，变电站110可包括多个切换装置112和多个变压器114。
[0054]在一些实施方案中，电源102a、102b、102c包括一个或多个公用电源，包括一个或多个发电厂。例如，在示出的实施方案中，电源102a、102b、102c中的每个是通过使用一个或多个单独发电厂生成电力的公用电源。
[0055]变电站110包括切换装置112和变压器114。变电站110可将通过一根或多根输电线104a、104b、104c从电源接收的电力通过输电线119提供给数据中心120。
[0056]在一些实施方案中，变电站110使从电源接收的电力的电压逐步下降到以供分配给负载的电压。例如，在变电站110，可通过一根或多根高电压输电线104a、104b、104c从一个或多个电力设施102a、102b、102c接收高电压电力并由变压器114逐步下降到低电压以便通过低电压输电线119分配给数据中心120。数据中心可能不能够接受高电压电