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一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510428828.1

申請日:

2015.07.21

公開號:

CN104981136A

公開日:

2015.10.14

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H05K 7/20申請日:20150721|||公開
IPC分類號: H05K7/20; G06F1/20 主分類號: H05K7/20
申請人: 山東魯能軟件技術有限公司
發明人: 丁書耕; 張建輝; 王剛; 王震; 陳亮
地址: 250101山東省濟南市高新區新濼大街2008號銀荷大廈B座5層
優先權:
專利代理機構: 北京元本知識產權代理事務所11308 代理人: 李斌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510428828.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.03.30|||2015.11.18|||2015.10.14

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,包括柜體、外部服務器和一個或多個變電設備測點傳感器,還包括設置于柜體下部的一個或多個下部計算存儲服務器,設置于柜體中部的電源模塊和千兆管理網絡模塊,從上到下依次設置于柜體上部的萬兆光纖數據網路模塊、一個或多個上部計算存儲服務器以及一個或多個高性能計算存儲服務器,還包括設置于柜體背面中部的通風窗、風扇窗、風扇控制器,以及柜體背面和側面的背板和側板,集成度高,設備可用性高,擴展性好,散射效果優良,系統性能穩定。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:包括柜體、外部服務器和一個或多個變電設備測點傳感器,還包括設置于柜體下部的一個或多個下部計算存儲服務器,設置于柜體中部的電源模塊和千兆管理網絡模塊,從上到下依次設置于柜體上部的萬兆光纖數據網路模塊、一個或多個上部計算存儲服務器以及一個或多個高性能計算存儲服務器,其中變電設備測點傳感器的輸出端分別連接實時數據庫輸入端和萬兆光纖數據網路模塊的輸入端,實時數據庫輸出端也與萬兆光纖數據網路模塊的輸入端連接,萬兆光纖數據網路模塊分別與下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器以及高性能計算存儲服務器連接,用于將從實時數據庫和/或變電設備測點傳感器接收到的變電設備測點信息分配后,分別發送給下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器以及高性能計算存儲服務器進行計算處理,經過計算處理后的變電設備測點信息數據經千兆管理網絡模塊傳輸給下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器和/或高性能計算存儲服務器中的存儲器中;
還包括設置于柜體背面下部的風扇窗和柜體背面的一側的風扇控制器,風扇控制器分別與電源模塊和風扇窗連接,其中風扇窗為4組,每組3個風扇,每組中間的風扇的功率大于同組兩邊的風扇的功率,并且風扇窗設置為相對于柜體帶有5-15度角度的斜坡;在風扇控制器上有設置與每組風扇窗對應的溫度傳感器,溫度傳感器測量對應柜體高度層柜體內的溫度值,風扇控制器根據溫度傳感器測量的不同高度層的溫度值,分級別控制不同組的風扇窗的輸出功率;
還包括設置于柜體背面中部的通風窗,所述通風窗設置位置與電源模塊的設置位置對應;
電源模塊包括多個供電電源,每個供電電源上設置有電源風扇;
還包括設置于柜體背面上部的帶有孔的網狀的背板,柜體的兩個側面為帶有孔的網狀的側板。

2.  如權利要求1所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:所述變電設備測點傳感器用于實時的獲取變電設備測點信息。

3.  如權利要求2所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:所述變電設備測點信息為油中氣體信息、局部放電信息、電氣量信息、線圈變形信息、溫度信息和在線紅外成像信息中的一種或組合。

4.  如權利要求1所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器和高性能計算存儲服務器分別包括2路CPU處理器,高性能計算存儲服務器還包括1個圖形處理器GPU,電源模塊中一單獨的電源對高性能計算存儲服務器中的GPU供電,其余電源對一體機中的其他設備進行供電, 其中電源模塊為5+5冗余供電電源,功率≥19200W。

5.  如權利要求1所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器和高性能計算存儲服務器都采用機架式結構,每一個計算存儲服務器都包括:2路intel至強E5-2620v2型處理器,內存為16G*8,DDR3,ECC,頻率≥1333MHz;還包括企業級800G固態硬盤SSD;還包括3.5寸企業級硬盤:2T*10,SATA,7200rpm,6G接口帶寬,并且支持熱插拔。

6.  如權利要求5所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:圖形處理器GPU的型號為NVIDIA Tesla K40。

7.  如權利要求1或6所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:柜體背面上部的自下而上依次設置1組、2組、3組或4組風扇窗,柜體背面上部沒有設置風扇窗的部分設置帶有孔的網狀的背板。

8.  如權利要求1所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:柜體為標準的42U柜體,其中柜體內含L型導軌,導軌高度﹤2.2mm。

9.  如權利要求1或7所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,其特征在于:所述風扇控制器根據溫度傳感器測量的不同高度層的溫度值,分級別控制不同組的風扇窗的輸出功率,滿足:

1級:當0≤P≤0.25,輸出40%功率;
2級:當0.25<P≤0.5,輸出65%功率;
3級:當0.5<P≤0.8,輸出85%功率;
4級:當0.8<P≤1,輸出100%功率;
其中S為溫度傳感器測得的對應高度層的溫度,E為大數據一體機散熱機柜正常工作時的最大允許溫度,P為溫度控制參數。

10.  一種利用如權利要求1-9任一項所述的基于電力應用的大數據一體機散熱機柜的機柜組,其特征在于:所述機柜為多個。

說明書

說明書一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜
技術領域
本發明涉及電力設備監測分析應用領域,具體涉及到一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜。
背景技術
目前,為了保證電網安全、穩定、高效運行,通常會進行變電設備狀態監測,將監測到的設備測點數據存儲到實時數據庫,并周期性的將實時數據庫中數據轉存到歷史數據庫,為設備故障預警及監測提供分析數據。在實際監測場景中,由于電力設備監測數據量大,數據規模的急劇膨脹,以及隨著科技的進步和全方位集成分析處理的發展要求,傳統的數據庫已經不能滿足存儲和集成分析處理的要求。
隨著計算機技術的飛速發展,各行業的數據急速增長,數據量變的越來越大,類型也越來越多,數據結構也趨于復雜化,傳統的數據庫不但各設備獨立方式,并且需要較大的部署空間,存在不易部署、成本較高等缺點,不能滿足用戶的一般要求。大數據一體機及其數據庫的出現和發展成了新興的發展趨勢,然而,目前并沒有專門針對電力行業設計和使用的大數據一體機及其數據分析方法。
此外,由于基于電力應用的大數據一體機集成了計算單元(高性能計算存儲單元)、存儲單元、通訊單元、管理單元等IT基礎設施模塊,其整體工作溫度較高,長時間工作易死機,并且有可能由于過高的溫度燒毀元器件,使得一體機損壞。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足,提供一種面向電力行業大數據應用場景,軟硬一體、模塊化、電力業務、散射效果好的可定制的大數據一體機散熱機柜。
本發明提供了一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,包括柜體、外部服務器和一個或多個變電設備測點傳感器,還包括設置于柜體下部的一個或多個下部計算存儲服務器,設置于柜體中部的電源模塊和千兆管理網絡模塊,從上到下依次設置于柜體上部的萬兆光纖數據網路模塊、一個或多個上部計算存儲服務器以及一個或多個高性能計算存儲服務器,其中變電設備測點傳感器的輸出端分別連接實時數據庫輸入端和萬兆光纖數據網路模塊的輸入端,實時數據庫輸出端也與萬兆光纖數據網路模塊的輸入端連接,萬兆光纖數據網路模塊分別與下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器以及高性能計算存儲服務器連接,用于將從實時數據庫和/或變電設備測點傳感器接收到的變電設備測點信息分配后,分別發送給下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器以及高性能計算存儲服務器進行計算處理,經過計算處理后的變電設備測點信息數據經千兆管理網絡模塊傳輸給下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器和/或高性能計算存儲服務器中的存儲器中;
還包括設置于柜體背面下部的風扇窗和柜體背面的一側的風扇控制器,風扇控制器分別與電源模塊和風扇窗連接,其中風扇窗為4組,每組3個風扇,每組中間的風扇的功率大于同組兩邊的風扇的功率,并且風扇窗設置為相對于柜體帶有5-15度角度的斜坡;在風扇控制器上有設置與每組風扇窗對應的溫度傳感器,溫度傳感器測量對應柜體高度層柜體內的溫度值,風扇控制器根據溫度傳感器測量的不同高度層的溫度值,分級別控制不同組的風扇窗的輸出功率;
還包括設置于柜體背面中部的通風窗,所述通風窗設置位置與電源模塊的設置位置對應;
電源模塊包括多個供電電源,每個供電電源上設置有電源風扇;
還包括設置于柜體背面上部的帶有孔的網狀的背板,柜體的兩個側面為帶有孔的網狀的側板。
優選地,所述變電設備測點傳感器用于實時的獲取變電設備測點信息。
優選地,所述變電設備測點信息為油中氣體信息、局部放電信息、電氣量信息、線圈變形信息、溫度信息和在線紅外成像信息中的一種或組合。
優選地,下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器和高性能計算存儲服務器分別包括2路CPU處理器,高性能計算存儲服務器還包括1個圖形處理器GPU,電源模塊中一單獨的電源對高性能計算存儲服務器中的GPU供電,其余電源對一體機中的其他設備進行供電,其中電源模塊為5+5冗余供電電源,功率≥19200W。
優選地,下部計算存儲服務器、上部計算存儲服務器和高性能計算存儲服務器都采用機架式結構,每一個計算存儲服務器都包括:2路intel至強E5-2620v2型處理器,內存為16G*8,DDR3,ECC,頻率≥1333MHz;還包括企業級800G固態硬盤SSD;還包括3.5寸企業級硬盤:2T*10,SATA,7200rpm,6G接口帶寬,并且支持熱插拔。
優選地,圖形處理器GPU的型號為NVIDIA Tesla K40。
優選地,柜體背面上部的自下而上依次設置1組、2組、3組或4組風扇窗,柜體背面上部沒有設置風扇窗的部分設置帶有孔的網狀的背板。
優選地,柜體為標準的42U柜體,其中柜體內含L型導軌,導軌高度﹤2.2mm。
優選地,所述風扇控制器根據溫度傳感器測量的不同高度層的溫度值,分級別控制不同組的風扇窗的輸出功率,滿足:
P=0.9SE]]>
1級:當0≤P≤0.25,輸出40%功率;
2級:當0.25<P≤0.5,輸出65%功率;
3級:當0.5<P≤0.8,輸出85%功率;
4級:當0.8<P≤1,輸出100%功率;
其中S為溫度傳感器測得的對應高度層的溫度,E為大數據一體機散熱機柜正常工作時的最大允許溫度,P為溫度控制參數。
優選地,所述機柜為多個。
本發明與現有技術相比,可以實現:
1)針對電力行業設計和使用了大數據一體機散熱機柜,為電力行業的大數據分析提供了基礎;
2)全分布式大數據處理架構,將復雜的計算單元(高性能計算單元)、存儲單元、通訊單元、管理單元等IT基礎設施模塊進行集成,提供開箱即用(Readto Run)的完整設備,進行整體性能調優,避免由于各設備生產商執行標準不一致造成的功能、性能損失,提升設備可用性。
3)根據大數據分析平臺內存計算(提升計算效率)、流式計算(應對實時計算需求)等計算特點對硬件系統進行定制優化,內存-SSD-HDD三層存儲體系有效緩解內存壓力,萬兆光纖網絡的使用,提升了各節點的通信速率,以應對大規模并行計算需求;
4)系統擴展線性增長,產品提供從1/4配置、1/2配置、滿配置一直可擴展到多機柜配置等多種集群系統初始配置規模,根據項目實際需求靈活配置產品,不需要為后期系統升級預購設備。當系統出現性能瓶頸時,按需線性擴展系統。
5)從整體上設計了大數據一體機散熱機柜,通過對風扇窗、背板、側板、通風窗等的位置、參數等進行優化配置,使得大數據一體機散熱機柜的散熱效果明顯提高,連續工作時間明顯邊長,并且沒有出現死機等故障顯現。
附圖說明
圖1基于電力應用的大數據一體機散熱機結構示意圖
圖2柜體后視圖一
圖3柜體后視圖二
圖4柜體側視圖
具體實施方式
下面詳細說明本發明的具體實施,有必要在此指出的是,以下實施只是用于本發明的進一步說明,不能理解為對本發明保護范圍的限制,該領域技術熟練人員根據上述本發明內容對本發明做出的一些非本質的改進和調整,仍然屬于本發明的保護范圍。
本發明還提供了一種基于電力應用的大數據一體機散熱機柜,如附圖1所示,包括柜體9、外部服務器8和一個或多個變電設備測點傳感器7,還包括設置于柜體9下部的一個或多個下部計算存儲服務器5,設置于機柜中部的電源模塊4和千兆管理網絡模塊3,從上到下依次設置于柜體9上部的萬兆光纖數據網路模塊1、一個或多個上部計算存儲服務器6以及一個或多個高性能計算存儲服務器2,如附圖2所示,還包括設置于柜體9背面的風扇窗10和風扇控制器11,風扇控制器11分別與電源模塊4和風扇窗10連接;其中變電設備測點傳感器7的輸出端分別連接實時數據庫8輸入端和萬兆光纖數據網路模塊1的輸入端,實時數據庫8輸出端也與萬兆光纖數據網路模塊1的輸入端連接,所述變電設備測點傳感器7用于實時的獲取變電設備測點信息,例如油中氣體信息、局部放電信息、電氣量信息、線圈變形信息、溫度信息、在線紅外成像信息等,變電設備測點傳感器7獲取變電設備測點信息后,將獲取的變電設備測點信息發送給實時數據庫8和/或萬兆光纖數據網路模塊1,實時數據庫8將接收到的變電設備測點信息進行存儲,當接收到發送命令時,將存 儲的變電設備測點信息發送給萬兆光纖數據網路模塊1;萬兆光纖數據網路模塊1分別與下部計算存儲服務器5、上部計算存儲服務器6以及高性能計算存儲服務器2連接,用于將從實時數據庫8和/或變電設備測點傳感器7接收到的變電設備測點信息分配后,分別發送給下部計算存儲服務器5、上部計算存儲服務器6以及高性能計算存儲服務器2進行計算處理,經過計算處理后的變電設備測點信息數據經千兆管理網絡模塊3傳輸給下部計算存儲服務器5、上部計算存儲服務器6和/或高性能計算存儲服務器2中的存儲器中。
柜體9可以為標準的42U機柜,柜體9內含L型導軌,導軌高度﹤2.2mm,采用整體集中式供電,電源模塊4為5+5冗余供電電源,功率≥19200VA,并且每個供電電源上設置有電源風扇;其中其機柜內工作溫度較高,長時間工作易死機,為了解決散射的技術問題,如附圖2所示,本發明的柜體9的背面設置了風扇窗10,其中風扇窗10的設置可以根據服務器的數量和設置方式進行選擇,優先從底部自下而上進行設置,這樣的散射效果更加。一體機在工作時,由于柜體9內設置的其他設施模塊發熱,使得機箱內的空氣同時被加熱并且難以流動散去,而空氣的換氣流動可以將設施模塊熱量流動帶走,使得柜體9內的設施模塊溫度下降,柜體9內的溫度也會隨之下降,這樣保證了一體機能夠長時間的正常工作,加熱的空氣由于受熱會向上漂移,因此在設置風扇窗10時,優先從柜體9底部自下而上進行設置,如附圖2所示,在第一個實施例中,機箱的下部設置了4組風扇窗10,每組3個140*38mm風扇,風扇支持熱插拔,并且中間的風扇的功率大于兩邊的風扇的功率,這樣可以使得空氣更利于從柜體9的側面流出,散射效果更加,柜體9的背面中部具有通風窗14,通風窗14在柜體背面的設置位置與電源模塊4的設置位置對應,這樣由于電源模塊自身具有的電源風扇可以同時將柜體中部的受熱空氣從通風窗14吹出,因為柜體9中部的受熱空氣包括了下部受熱上升的部分熱空氣,因此通風窗14的設置使得受熱空氣可以快速的流出,與傳統的設置方式相比,散熱效果明顯提高。在另外一個實施例中,柜體9的背面的設置方式與上一實施例類似,只是當柜體下部已經設置滿服務器后,為了節約成本,在上端也需設置服務器時,同樣在柜體9的上部也設置風扇窗10,并且依然是從底部自下而上進行設置,這樣的散射效果更加。通常情況,服務器的柜體在沒有設置設施模塊時,都是用擋板擋住,本發明的柜體經過優化,配合其他設施模塊和通風窗14進行了優化設計,如附圖2-4所示,柜體9的背面在沒有設置風扇窗10以及通風窗等設施模塊時,都采用帶有孔的網狀的背板13,并且如附圖4所示,柜體9的兩個側面為帶有孔的網狀的側板15,雖然利用帶有孔的網狀的板作為外部的機殼以利于散熱是現有技術中已經存在,但是將這樣的設置方式用于基于電力應用的大數據一體機散熱機柜并不存在,而且本發明中的背板13和側板15的設計都是結合柜體中其他部件,例如結合了風扇的風向,功率,位置等參數優化設計的,當采用這樣的背板13和側板15結合柜體的整體結構時,散熱效果達到了最佳。如圖4所示,本發明中風扇窗10的設置方式也進行了改進,傳統的風扇窗都是內嵌于柜體上,并且與柜體平行設置,而本發明中將風扇窗10設置為相對于柜體9帶有一定角度的斜坡,優選角度為5-15度,最優選為10度,通過這樣的設置方式,配合柜體的其他部件使得散熱效果明顯提高。此外,為了監測柜體9內的溫度,在風扇控制器11上有設置與每組風扇窗對應的溫度傳感器12,溫度傳感器12 測量對應柜體高度層柜體9內的溫度值,風扇控制器11根據溫度傳感器12測量的不同高度層的溫度值,分別控制不同組的風扇窗10的輸出功率,并且風扇控制器11根據機柜內的溫度進行分級別控制不同組的風扇窗的輸出功率,滿足:
P=0.95SE]]>
1級:當0≤P≤0.25,輸出40%功率;
2級:當0.25<P≤0.5,輸出65%功率;
3級:當0.5<P≤0.8,輸出85%功率;
4級:當0.8<P≤1,輸出100%功率;
其中S為溫度傳感器測得的對應高度層的溫度,E為大數據一體機散熱機柜正常工作時的最大允許溫度,P為溫度控制參數。
下部計算存儲服務器5、上部計算存儲服務器6結構類似,都采用機架式結構,下部計算存儲服務器5、上部計算存儲服務器6通過柜體內的L型導軌安裝于機柜中,并且每一個計算存儲服務器都包括2路intel至強E5-2620v2型處理器,內存為16G*8,DDR3,ECC,頻率≥1333MHz,還包括企業級800G固態硬盤SSD,3.5寸企業級硬盤為2T*10,SATA,7200rpm,6G接口帶寬,并且支持熱插拔,網卡為萬兆口*2,并且還包括單獨的單獨管理網口(RJ45)SAS卡:LSI SAS2308主控,支持raid 1.0。
高性能計算存儲服務器2和計算存儲服務器5結構類似,其不但具有計算存儲服務器5結構,還包括1個e*8PCIE擴展槽,除此之外與傳統的服務器相比,高性能計算存儲服務器2額外還包括1個GPU,(優選的型號為NVIDIA Tesla K40)。另外,通常情況下計算存儲服務器都采用同一電源進行供電,但是由于設置了包括GPU的高性能計算存儲服務器,使得這樣的供電方式經常會造成電壓的不穩定,一體機容易死機,并且容易燒毀GPU,經過研究本發明將電源模塊4的供電方式進行改進,通過電源模塊4中一單獨的電源,對高性能計算存儲服務器2中的GPU實行單獨的供電,經過試驗后發現采用這樣的供電方式后,大數據一體機的性能得到了大幅度的改善,連續運行的時間明顯增加,并且死機頻率大幅度下降。
萬兆光纖數據網路模塊1可以選擇為萬兆光纖交換機(優選的型號為銳捷RG-S6220,48口光纖交換機,配置光纖模塊。千兆管理網絡模塊3包括服務器集中管理模塊。
對于機柜的配置,可以根據實際的需求進行配置,例如1/4配置、1/2配置、滿配置一直可擴展到多機柜配置等多種集群系統初始配置規模。
盡管為了說明的目的,已描述了本發明的示例性實施方式,但是本領域的技術人員將理解,不脫離所附權利要求中公開的發明的范圍和精神的情況下,可以在形式和細節上進行各種修改、添加和替換等的改變,而所有這些改變都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍,并且本發明要求保護的產品各個部門和方法中的各個步驟,可以以任意組合的形式組合在一起。因此,對本發明中所公開的實施方式的描述并非為了限制本發明的范圍,而是用于描述本發明。相應地,本發明的范圍不 受以上實施方式的限制,而是由權利要求或其等同物進行限定。

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一種 基于 電力 應用 數據 一體機 散熱 機柜
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