中心智慧能耗和諧波監測設計

摘要： 根據數據中心降低功耗、提高用電效率提供參數依據。

關(guan) 鍵詞：數據中心；能耗；諧波監測

1能耗和諧波監測需求分析

信息時代的到來，大數據中心的能耗管理包括機房環境監測和能耗設備的監測，通過實時采集掌握能耗狀態，從(cong) 而實現能耗管理的優(you) 化。由於(yu) 諧波具有不確定性和隨機性，要針對諧波這些特性研究出能夠對諧波實時追蹤和特性識別的方法，目前，在電力係統中穩態諧波檢測中大多采用FFT及其改進算法。

針對上述存在的問題，基於(yu) ZigBee設計了數據中心智慧能耗和諧波監測節點。對用電設備所產(chan) 生的能耗進行監測，實現電流、電壓測量和異常報警，針對電能質量監測與(yu) 管理平台中十分重要的諧波問題，進行了諧波檢測、諧波能耗的計算，進而為(wei) 降低功耗、提高用電效率提供參數依據。

2監測節點係統架構設計

數據中心無線功耗與(yu) 諧波監測節點，數據采用ZigBee網絡模塊進行信號傳(chuan) 輸。基於(yu) ZigBee技術的多參數監測係統能夠在短時間內(nei) 實現大數據監測，確保得到完整的數據，並且具有布點靈活、安裝方便等特點。

監測節點電路（如圖1所示）主要由數據監測模塊和ZigBee網絡模塊組成，前者通過電壓、電流互感器實現信號的檢測；後者完成信號的無線傳(chuan) 輸，接收遠程數據配置控製命令，同時將測量數據進行無線數據傳(chuan) 輸到控製中心用電設備所產(chan) 生的能耗進行監測。數據監測模塊將數字信息傳(chuan) 輸給單片機處理，單片機進行能耗計算和諧波電流分析，監測結果經由LCD供現場數據監控。

圖1監測節點結構圖

2.1能耗監測模塊

能耗監測模塊主要采集電壓、電流互感器經過隔離電路獲取電流、電壓信號，轉換後的電信號經共模線圈的濾波後進入差模放大電路進行信號放大調理調整到後續電路能接受的範圍然後進入AD采樣芯片模數轉換後由單片機進行能耗的計算，經過傅裏葉變換運算來對諧波進行分析，具體(ti) 電路如圖2所示。

圖2能耗監測電路圖

2.2ZigBee無線節點設計

設計采用DRF1607HCC2530ZigBee封裝芯片，內(nei) 含非常豐(feng) 富的片上資源，用戶隻需在軟件中配置各種資源的控製寄存器，便可以方便地使用片上資源實現各種控製需求。ZigBee模塊與(yu) 單片機的電路接線（如圖3所示）簡單，單片機的RXD2、TXD2兩(liang) 根引線分別與(yu) CC2530的TX、RX連接。該芯片使用TI公司Z-Stack2007ZigBee通信協議，具有ZigBee的全部功能，可建立起數據透明傳(chuan) 輸。

圖3ZigBee模塊與(yu) 單片機電路接線圖

3係統軟件設計

3.1ZigBee節點

ZigBee節點具有無線接受和發送能力，應用程序隻需配置好協議棧注冊(ce) 應用端口，添加操作係統任務，準備好協議棧數據，就可以通過協議棧發送數據，接收方通過消息處理函數接收來自發送方的數據。係統上位機軟件采用C#編寫(xie) ，主要實現對電數據參數的實時監測、處理，顯示數據中心係統能耗狀態的實時信息。監測節點主程序流程詳見圖4

圖4監測節點主程序流程圖

DRF1607HCC2530ZigBee封裝芯片協調器（Coordinator）從(cong) 串口收到的數據發送給所在無線局域網內(nei) 所有的路由(Router)節點。這樣協調器節點和路由節點之間就建立起了一條一對多的數據透明傳(chuan) 輸通道。設計選用Mesh網絡，能夠減少消息時延，增強通信的可靠性。

3.2諧波分析

電流互感器將大信號轉化為(wei) 小信號傳(chuan) 輸進單片機中，單片機每38us采集三個(ge) 周期的電壓波形，將其轉化成AD信號共有768個(ge) 點，然後對這些諧波數據進行分析，先分析其*大值的大小，其值的大小是在0-4096當中；接這對其位置進行分析，一個(ge) 周期為(wei) 256個(ge) 點，所以*大值的位置是在0-768之間。

FFT算法由法國數學家傅立葉(M．Fourier)提出，一切的波形都是基波和諧波組成的。因為(wei) 半波對稱的特性，則偶次諧波相互抵消。因為(wei) 半波對稱波形中不含直流分量和偶次諧波分量，所以在編程的時候，將前N/2點數據賦值0，而後麵N/2點就為(wei) 奇次諧波分量。運用FFT計算所測電壓波的基波和奇次諧波係數。DFT變換的表達式如式(1)所示。

其中X(k)為(wei) 經過FFT變換後的數據，X(n)為(wei) 模擬量，實際上X(n)為(wei) 數字量，所以虛部為(wei) 0可以將它根據歐拉公式展開如式(2)所示。

這個(ge) 公式變換後的數據就是將初始信號進行三角函數運算，包括一次求和與(yu) 一次相加累次運算至n-1項，k代表和頻率為(wei) 多少的正弦相關(guan) ，而n和N則是在一個(ge) 正弦周期內(nei) 采樣的點數。

*後如式(3)所示將其諧波係數算出顯示。

4硬件及測試結果分析

實驗將在線監測節點依次接入ZigBee無線傳(chuan) 感器網絡，測試選擇透傳(chuan) 模式，兩(liang) 個(ge) 節點之間的傳(chuan) 輸距離在60～100m，且可根據覆蓋麵積增加協調器的數量，實現對監測區域的全麵覆蓋。監測節點可實現對設備能耗以及溫度的準確測量和可靠性傳(chuan) 輸；FFT諧波算法合理、軟件功能完善。

5安科瑞能耗統計分析（能源管理）解決(jue) 方案

5.1概述

建立高效的能耗監測管理係統，對建築各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各區域建築能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①搭建數據中心智慧能源管理係統的基本框架，對各個(ge) 用能環節進行實時監測；

②排碳數據化：通過係統可實現建築單位內(nei) 人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③區域能效比：實現建築單位內(nei) 區域能耗對比，方便能耗考核；

④同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位麵積能耗和人均能耗指標；

⑥能耗競爭(zheng) 排名：各個(ge) 功能區能耗對比，實現能耗排名，增強工作人員的節能意識；

⑦對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，並根據能耗監測管理係統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為(wei) 能耗運營管理部門提供可靠的依據；

⑧能耗數據采集，隨時查詢，並根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀(yi) 表故障進行報警，提高係統信息化、自動化水平。

5.2平台部署硬件選型

6結語

本文介紹了一種基於(yu) ZigBee技術的數據中心即可實時了解到用電設備的工作狀態和能耗，可廣泛應用於(yu) 能源能耗監測領域。

安科瑞侯文莉