[发明专利]用于检测分支电路负载不平衡的系统、方法及设备

说明书

技术领域

本公开一般涉及多相配电系统，并且更具体地涉及多相分支电路负载不平衡检测系统。

背景

常规的公用事业网络供应用于商业、住宅以及工业用途的公用事业设备。例如，在典型的配电系统中，电能由供电商或者公用事业公司产生并且通过配电系统网络被分配到消费者。电力分配网络常常是配电线路(更普遍地称为“电传输线路”)网络，其连接供电商和其消费者。诸如母线、开关(例如，断路器或者切断开关)、电力变压器以及仪器变压器的通常被布置在开关站和/或架中的附加设备自动进行控制、保护、测量并且监测变电站。

通常，来自公用事业设备的电力通过配电电缆从主站馈送到若干本地变电站。在本地变电站处，通过配电变压器将供电从配电器电缆上的相对高电压转换成被供应给最终消费者的较低电压。通过给各种负载供应电力的分布式电力网络，来自本地变电站的电力被提供给工业用户。例如，这些负载可以包括各种电力机器、照明设备、HVAC系统等等。

目前，三相的电力多相系统是全世界范围内使用的交流电电力传输和分配的最常用的装置。在三相系统中，三个电路导体承载三路交流电，其具有相同的频率，但是在不同的时间点达到它们的瞬时峰值。将电路导体中的一个用作参考点，其它两路电流在时间上延迟了电流的一个周期的三分之一和三分之二。相之间的这种延迟在电流的每个周期上提供恒定的电力传送，并且还可能产生用于电动机的旋转磁场。三相电力传输相对于其单相和两相的对应物的最普遍认可的优势是，三相系统可以使用更少的导电材料传输更多的电力。

在典型的三相配电环境中，每个相供应一个或者多个分支电路。例如，在商业设施中，一个分支电路可能供应机器，而另一个电路可能供应照明设备，另一个电路可能供应HVAC等等。在三相配电网络中频繁出现的问题是如何将来自三个输入相的电力均匀分配给每个分支电路。通常，随着时间推移，设施的负载拓扑将改变，并且有时显著地改变。例如，由于在工厂地板上改变或者移动机器或者在住宅环境中添加诸如冰箱、电炉、家庭娱乐组件等的高功率配件，一些分支电路的负载将变得更重，而其它电路的负载变得不太重。因此，三个输入相中的每一个输入相上的负载还将随着分支电路上的负载的变化而变化，因此起初平衡的三相网络可能随着时间推移变得不平衡。

在迅速扩展的数据中心，维持所有三个相之间的负载平衡是一个挑战。从单个3相电路到分支板的不平衡的负载可能引起问题。在最低级处，单个3相Y字形连接的电路可以馈送三个独立的120V负载。在一种不希望的情况中，电路的有效容量可能被减少2/3(相A上30A，相B和相C上0A)，并且留下多余的、无用的供应容量。在缺乏电路的数据中心中，这种不平衡可能引起不必要的跳闸并且阻止数据中心的扩展。在分支板级处，该问题被放大了。在完全平衡的板中，每个相将承载三分之一的负载。然而，由于机架、服务器以及IT装置例如被联网或者被去除，很容易不小心使相中的一个或者两个相过载。此外，当地运营法令可能要求负载在分支电路中是均匀成比例的；数据中心运营者冒着由于违反该规范导致的罚款或者其它处罚的风险。

在大多数的数据中心中，电力是阻止设施扩展的限制因素之一。确保每个多相电路的负载在多个相之间平衡增加了有效的系统容量并且减少了不希望的滋扰断路器跳闸。虽然相负载不平衡检测算法已经可用于电力仪表，但没有用于最终的配电板中的每个多相电路的专用仪表。因此，电路中的不平衡不可能对上游仪表可见。

概述

本文公开了将向数据中心运营者报警整个三相配电系统中的负载不平衡的系统。在一些实施方式中，用户配置可接受的不平衡级别并且系统针对不平衡监测各个多级电路、板以及电源分配单元(PDU)。当阈值被打破时，报警产生，并且在某些配置中，工作命令被创建，其可以允许技术人员或者运营者分析该系统并且做出必要的改变，以使系统恢复到调准状态。在某些配置中，系统从板获取每级安培读数并且获取每个板的干线上的安培读数。

不同于从配电板向上游检测负载不平衡的传统的监测系统，所公开的系统中的一些没有利用用于每个多相电路的单个仪表；而是，分支电路监测仪被用于监测板中的每个空间。下游负载是非常动态的并且通常需要算法逻辑来确定负载不平衡是否确实存在。为了确保适当的负载平衡，所公开的概念中的一些包括电路板空间到相的映射、以及多个电路测量随时间推移的统计分析。确保电路的各相之间的适当的负载平衡减小了断路器跳闸的风险，并且增加了可用的电力容量。