一种基于IDC高压直流电源负荷优化的云控制方法

摘要

本发明提供一种基于IDC高压直流电源负荷优化的云控制方法，云控制方法包括：获取IDC机房的工作状态、如工作状态为闲时状态，则获取IDC机房的闲时工作负荷、根据闲时工作负荷和IDC机房的高压直流电源的额定功率，计算并启动最低所需数量的高压直流电源、休眠其余的高压直流电源。通过在闲时状态中启动最低需求的高压直流电源，继而实现负荷得到更合理的优化，无用的能源消耗大大降低，IDC系统的PUE值得到有效的下降，满足了节能减排的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及IDC机房供电技术领域，尤其涉及一种基于IDC高压直流电源负荷优化的云控制方法。

背景技术

IDC为互联网数据中心，IDC机房配备的动力系统所面对的服务对象主要是各类计算机以及服务器等，动力系统从上线正常工作至退网，每一分每一秒都要正常工作。IT设备的能耗是随着用户使用量的不断增加而增加，每年的重大节假日、618、双11等互联网企业发起的购物狂欢节等都会使IDC的所有设备工作在满负荷状态，所以机房的动力系统的设计也是按照满负荷的容量并且还要预留一定的冗余量来进行设计。

在普通运行中，以国内一个整流模块空载运行损耗为60W，当一套系统处于备用空载状态，20个模块的功率就为20＊60＝1200W，1个小时就1.2度电的空载运行消耗。

我们的IDC能耗指标每年能到达到80％以上的负载率运行负荷时间在全年的时间占比中是相对较低的，可能12个月中1个月的时间都达不到，在其余的11个月的时间里里面大量的动力系统处于虚耗的状态，在做无用功，使得整个PUE值大幅度提升，造成了整个IDC节能减排的目标难以实现。根据工作经验，在平时的项目中，日常的闲时平稳运行状态中，大部分电源系统的功耗负荷仅仅在10％－20％左右，这个区间的恰恰是动力电源系统效率最低的区间，大量的能源被无用的消耗在空气中，而空调系统又不得不增加负荷在带走这部分损耗，又反过来加大的无用功，造成PUE值居高不下。这个问题在IDC中非常突出，故非常有必要提高能耗效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种大幅降低能耗和提高效率的基于IDC高压直流电源负荷优化的云控制方法。

为了实现本发明目的，本发明提供一种基于IDC高压直流电源负荷优化的云控制方法，云控制方法包括：

获取IDC机房的工作状态；

如工作状态为闲时状态，则获取IDC机房的闲时工作负荷；

根据闲时工作负荷和IDC机房的高压直流电源的额定功率，计算并启动最低所需数量的高压直流电源；

休眠其余的高压直流电源。

更进一步的方案是，在IDC机房处于闲时状态时，高压直流电源处于额定功率的80％至95％计算和运行。

更进一步的方案是，如工作状态为忙时状态，则启动所有高压直流电源。

本发明的有益效果是，通过在闲时状态时，获取IDC机房的闲时工作负荷，根据高压直流电源的额定功率，可采用额定功率的80％至95％计算和运行，此时高压直流电源的效率处于较佳工作区间，用最低所需数量的高压直流电源支撑闲时状态的IDC机房的设备运作，从而大幅降低能耗和有效提高效率，实现PUE值的大幅下降，达到了节能减排的目的。

附图说明

图1是本发明云控制系统实施例的系统框图。

图2是本发明云控制系统实施例中高压直流电源模块的系统框图。

图3是本发明云控制方法实施例的流程图。

图4是本发明云控制方法实施例中云端服务器的总体架构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1至图2，云控制系统包括多个高压直流电源一、二…N、IDC设备组和云端服务器，多个所述高压直流电源通过互联母线并联连接并组合而成动力资源池，高压直流电源包括三相不控整流滤波模块、BUCK斩波电路、低通滤波模块、全桥逆变器、高频变压器、倍压整流电路、驱动电路、电压电流采样电路和单片机控制电路，三相不控整流滤波模块与BUCK斩波电路连接，BUCK斩波电路与低通滤波模块连接，低通滤波模块与全桥逆变器连接，全桥逆变器和高频变压器连接，高频变压器与倍压整流电路连接，单片机控制电路与驱动电路连接并向驱动电路输出控制信号，驱动电路与BUCK斩波电路、全桥逆变器连接并对BUCK斩波电路、全桥逆变器分别输出驱动信号，电压电流采样电路与倍压整流电路连接，电压电流采样电路与单片机控制电路连接并向单片机控制电路输出反馈信号，云端服务器通过有线方式或无线方式与多个高压直流电源的单片机控制电路连接，每个高压直流电源均分配设置有对应的IP地址，故远程地通过云端服务器可对高压直流电源进行控制。

IDC设备组包括多个IT设备，IT设备为服务器设备、存储设备、网络设备、空调设备、消防设备、暖通系统等，多个IT设备通过互联母线与多个高压直流电源的倍压整流电路连接，继而接收动力资源池的供电。

参照图3和图4，云端服务器实时对整个IDC的所有高压直流电源动力系统和后端的IT设备负载情况进行实时不间断的监控与控制，并通过人机界面实时传达给维护人员，当后端负载增加或者减少时，所有的信息和数据都能通过内部网络实时传输到管理与控制系统，IDC所有的IT设备进入闲时工作状态时，云化管理与控制系统对全部高压直流电源系统控制，根据后端的负载情况判断需要进入高效率工作状态电源台数和模块数量，并实时启动相应的高压直流电源系统，使这些进入工作状态的电源工作在最高效率的负荷状态下面，满足后端的负载的需求，同时电源的效率又是最高的。而非进入工作状态的电源系统，管理与控制系统实时发出进入休眠的指令，使这些电源系统进入最低能耗的休眠状态，降低无用能耗，提高整个数据中心的资源利用效率。当遇到双十一或者突发状况时，后端负载的需求突然增加，或者系统的访问量突然增加时，IT的能耗瞬间增加，云化管理控制系统根据实时的数据立即判断需要增加的能耗量，并立即发出指令，启动相应的电源数量，以满足后端IT负载的负荷需求。

具体在远端对云端服务器进行负荷优化的云控制方法时，首先执行步骤S11，获取IDC机房的工作状态，如需要进入闲时状态则执行步骤S12，随后执行步骤S13，获取IDC机房的闲时工作负荷，其为IDC机房的IT设备的闲时工作负荷，随后执行步骤S14，为了提高效率，将高压直流电源处于额定功率的80％至95％计算和运行，并根据闲时工作负荷和IDC机房的高压直流电源的额定功率，来计算和启动最低所需数量的高压直流电源，随后执行步骤S15，休眠其余的高压直流电源。如果进入忙时状态则执行步骤S16，随后执行步骤S17，启动所有高压直流电源投入供电工作。

例如，供电系统一般按照最大负荷并且在最大负荷的基础上进行一定的冗余进行设置，同时也是按照数据中心的需求进行均衡的而配置。一套高压直流电源系统由30个20KW的电源模块组成，按照N+1，N＝10备份的原则，3个电源模块为备份，可以对外提供最高540KW的负责能力。举小型的数据中心1个10000KW负载的数据中心为例，大约需要20套高压直流电源设备才能满足负荷的输出。根据工程的经验，1万KW的数据中心在闲时仅有2000KW的工作负荷，仅需要4套高压电源直流电源设备就可以满足负荷的要求，造成了所有的高压直流电源系统都工作在低负荷20％负载率的工作状态下，而低负荷的工作状态下电源的效率又是最低的，造成了大量的能源浪费。但是他们又是不可缺的，在每年的处理网络访问高峰期例如双十一、年中大促等，在双十一晚上12点至次日凌晨1点之间，所有的系统负荷由20％立即上升到95％至98％之间，在负载均衡未及时发挥作用的情况下甚至会达到100％，造成网络拥堵、系统宕机，高压直流电源系统同时也会由20％的负载率马上上升到95％以上。本案就是能够根据负荷的负载情况，及时的调整高压直流电源系统的工作状态，例如上面的情况，在闲时让其他16套电源系统都进入休眠状态，尽量降低闲时的无用能耗，同时让处于工作中的4套电源系统工作在95％的最高效率的负载情况下，尽可能的使整个系统的工作效率是最高的，但是同时，在负载突然增加或者非线性增加的情况下，本系统能够实时根据负荷的情况立即唤醒处于休眠状态的高压直流电源系统，并且让电源系统立即工作在最高效率的状态，同时还能保障电源系统的稳定性和可靠性。而对于不同的高压直流电源的最高的效率可能存在差异，一些高压直流电源的功耗负荷要达到60％－80％或80％－95％时，其为处于最高效率。

一般的数据中心每年的满负荷工作忙时不会超过1个月的时间，甚至更短，其他的11个月时间都是工作在闲时的状态。这种工作状态和前几年各大运营商的短信中心的工作状态类似，短信中心的工作状态每年仅有一次是属于满负荷工作，那就是年三十的晚上。能够降低闲时动力系统的能耗，提高整个数据中心的能源效率具有极大的社会效益和经济效益。

由上可见，通过云技术搭配云端服务器，IDC机房利用高压直流电源负荷得到更合理的优化，无用的能源消耗大大降低，IDC系统的PUE值得到有效的下降，也满足了节能减排的要求。且基于数字化设备为控制核心的数字化高压直流电源，其特点是输出的高压直流电压连续可调可控，由液晶显示屏实现电源的控制，同时能实时监测电压电流运行状态和各种故障告警信息，并可以实现远程控制功能。本案将高压直流电源系统进行数字化控制才能为高压直流电源引入云化技术打下物理基础，只有实现数字化，才有数字化的控制和管理。

每一套高压直流电源系统可以视为资源池的一个点，将整个IDC系统的所有高压直流电源系统整合成一个大的资源池，通过云化的技术进行负荷优化，在工作闲时调整电源的休眠台数，降低平时的无用能量消耗，在工作负荷瞬间增大的同时云化平台发出控制指令，休眠状态的高压直流电源瞬间进入工作状态，满足IT设备的能量需求。总的来讲，引入云化技术后，IDC系统高压直流电源负荷得到更合理的优化，无用的能源消耗大大降低，IDC系统的PUE值得到有效的下降，也满足了节能减排的要求。

在高压直流电源的负荷优化云化技术的研究中，云基础设施面临着安全问题，我们研究实现在高压直流电源的云基础设施安全性的关键技术，主要涉及用户数据的隐私保护与安全、云计算平台的网络安全、虚拟化安全和町信计算等方面。IDC机房的高压直流通信电源系统是其他所有设备运行的基础，某些中心机房以及关键节点更是在长途传输中承担着非常重要的责任，所以机房通信电源系统运行的稳定性和安全性在很大程度上影响着整个通信系统的稳定性。一旦发生安全隐患就会造成非常大面积的客户故障，甚至会造成区域性的传输故障。因此，需要对机房通信电源安全运行和防护给予相应的防范措施，这对于进一步推动通信系统的发展具有非常重要的作用。