数据中心能耗采集装置的设计

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1、数据中心能耗采集装置的设计阮长根1刘志坚2姚波3（1.华信邮电咨询设计研究院有限公司浙江310014）（2.中国中轻国际工程有限公司北京100026）（3.上海安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801）DesignofdeviceforDatacenterenergyacquisition6摘要本文系统介绍了一款数据中心精密电源配电柜用多回路能耗采集装置的设计方法。详细说明了设计原理、硬件构成以及软件设计的方法。以此方式设计的装置能够满足精密电源柜对多回路负载电量的集成化测量和安装要求，为数据中心能耗管理提供可靠的测

2、量依据。关键字数据中心多回路监控AbstractThispaperintroducesadatacenterprecisionpowerdistributionarkwithmulti-loopcollectionequipmentdesignmethodofenergyconsumption.Itexplainsthedesignprinciple,hardwarestructureandsoftwaredesignmethod,whichinturnmeansthedevicecouldsatisfythedesi

3、gnprecisionpowersupplyofpowerloadarkloopofintegratedmeasurementandinstallationrequirements,datacenterforenergyconsumptionmanagementtoprovidereliablebasisformeasurement.KeywordsDatacenter，multi-loopmonitoring1引言随着数据中心的迅猛发展，数据中心的能耗问题也越来越突出，有关数据中心的能源管理和供配电设计已经成为热门问

4、题，高效可靠的数据中心配电系统方案，是提高数据中心电能使用效率，降低设备能耗的有效方式。要实现数据中心的节能，首先需要对每个用电负载实现精确的监测，而数据中心负载回路非常的多，传统的测量仪表无法满足成本、体积、安装、施工等多方面的要求，因此需要采用适用于数据中心集中监控要求的多回路监控装置。本文所要介绍的是一种适用于数据中心精密电源配电柜使用需求的测量装置的设计方法，该装置适用于单路输入、单段输出、单点检测；双路输入、单段输出、单点检测；双路输入、单段输出、双点检测的系统电源输入方式。能够精确地测量配电系统各项参数，包

5、括三相进线的母线电压、频率和2路三相进线的电流、分相和总有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能。以及精确测量36个出线（单相）支路的电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、支路的通断状态等电参量，并可通过远程通讯，实现机房数据的集中监控。2设计思路要实现采用单个装置就能够集成测量相当于14个三相多功能电力仪表的功能，需要采用非常规的硬件设计思路才行。我们知道目前三相多功能电力仪表的实现方式最常见的一般有三相电能芯片+CPU、高精度ADC芯片+CPU、三相SOC芯片和单芯片（内部带有ADC的CP

6、U）等方式。而单个装置来实现14个三相多功能仪表的功能，采用以上任意一种方式的多个组合都不是很合适，考虑到硬件的成本和软件实现的难易程度，我们选择采用多个电子开关+单芯片（内部带有ADC的CPU）的设计方法。3整体硬件系统设计6考虑到装置所使用的场合为数据中心精密电源配电柜，并需要实现对2路三相进线和36个出线的各种电参量的测量，而进线回路由于电流一般都比较大，能够达到几百安培，出线回路电流都比较小，一般都在63安培以下，因此装置的进线部分电流采用5A电流输入，内置小型5A电流互感器，出线部分采用20mA电流输入，外置

7、100A/20mA互感器。装置由于安装于机柜内部，因此装置本身不带有显示，需要显示则采用触摸屏方式，通过RS485通讯连接，将数据传输给触摸屏进行显示。整体硬件系统如图1所示。主要分为信号处理部分、电源部分、通讯部分、设置部分、数据存储部分及CPU部分。图13.1信号处理信号处理部分最关键的在于交流采样的信号处理及电子开关的切换。由于本设计采用的是交流采样的方式，ADC的采样只能针对正信号，而交流信号是一个正弦波信号，信号有正有负，因此需要将信号进行抬高，以保证信号的最低点也能被ADC进行采样处理。这里采用的是TL43

8、1进行信号抬高，将所采的电流信号抬高到最低点也能由ADC进行采样。如图2所示。所有电流信号总共有42个，本设计中将其分为7组，每组6个电流信号，每组电流信号通过一个电子开关CD4051进行选择，图3，电子开关由CPU控制进行分时导通，在同一时间内有7个电流信号流入CPU的ADC进行AD转换。图2图33.2电源装置采用开关电源模块。