摘要： 根據數據中(zhōng)心(xīn)降低功(gōng)耗
，提高用電(diàn)效(xiào)率提(tí)供參數依(yī)據(jù)。

關(guān)鍵詞(cí)：數據中(zhōng)心(xīn)；能耗(hào)；諧波(bō)監(jiān)測

1能耗和諧波(bō)監(jiān)測(cè)需求分析(xī)

信息時(shí)代(dài)的到來，大(dà)數據中心的能耗(hào)管理包括(kuò)機房環境監測(cè)和能耗(hào)設備的監(jiān)測，通過實(shí)時(shí)采集掌(zhǎng)握(wò)能(néng)耗狀態，從(cóng)而實(shí)現(xiàn)能耗管(guǎn)理的優(yōu)化。由於(yú)諧(xié)波(bō)具(jù)有不(bù)確(què)定(dìng)性和隨機性，要針對諧(xié)波這些(xiē)特性(xìng)研究(jiū)出能夠對諧波實(shí)時追蹤(zōng)和特性(xìng)識(shí)別的(dí)方法，目(mù)前，在電力(lì)係(xì)統中(zhōng)穩(wěn)態諧波檢測(cè)中大多采(cǎi)用FFT及其(qí)改進算法(fǎ)。

針對上述(shù)存在(zài)的(dí)問題，基(jī)於(yú)ZigBee設(shè)計(jì)了(liǎo)數據中心(xīn)智慧(huì)能耗和諧(xié)波監測(cè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)用(yòng)電(diàn)設(shè)備所(suǒ)產生(shēng)的能(néng)耗(hào)進(jìn)行(háng)監(jiān)測(cè)，實(shí)現電流(liú)
，電壓(yā)測(cè)量和異常報警(jǐng)，針對電(diàn)能(néng)質量(liáng)監(jiān)測與管(guǎn)理平台中(zhōng)十分(fēn)重(zhòng)要的(dí)諧(xié)波問題，進行了(liǎo)諧波檢(jiǎn)測(cè)
，諧波能(néng)耗(hào)的計算，進而為降低(dī)功耗
，提高(gāo)用(yòng)電效率提供(gōng)參(cān)數(shù)依(yī)據。

2監(jiān)測節點(diǎn)係統(tǒng)架構設計

數據(jù)中心無(wú)綫功耗與諧波監測(cè)節(jié)點(diǎn)，數據采用ZigBee網(wǎng)絡模(mó)塊(kuài)進(jìn)行(háng)信(xìn)號傳(chuán)輸(shū)。基於ZigBee技術的(dí)多參數監測係(xì)統能夠在短(duǎn)時(shí)間(jiān)內(nèi)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據監(jiān)測，確(què)保得到完整的數(shù)據，並(bìng)且(qiě)具(jù)有布點靈活
，安裝(zhuāng)方便等(děng)特點(diǎn)。

監測節(jié)點電路（如圖(tú)1所(suǒ)示）主(zhǔ)要由數據監測模塊(kuài)和(hé)ZigBee網絡模(mó)塊組成，前者(zhě)通過(guò)電壓
，電流(liú)互(hù)感(gǎn)器實現(xiàn)信號的檢(jiǎn)測(cè)；後(hòu)者完成信號的無綫傳輸，接收(shōu)遠程數據(jù)配(pèi)置(zhì)控(kòng)製命(mìng)令(líng)，同時(shí)將(jiāng)測量數(shù)據進行(háng)無綫(xiàn)數據傳輸到控製(zhì)中心(xīn)用(yòng)電設備所(suǒ)產生(shēng)的能(néng)耗(hào)進(jìn)行(háng)監(jiān)測。數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊將數字(zì)信息(xī)傳輸給單(dān)片機(jī)處理(lǐ)，單(dān)片(piàn)機進(jìn)行(háng)能耗(hào)計算和(hé)諧波(bō)電(diàn)流(liú)分(fēn)析(xī)，監測(cè)結(jié)果經由LCD供現場(cháng)數據(jù)監控。

圖1監測(cè)節點結(jié)構(gòu)圖

2.1能耗監(jiān)測模塊

能耗監(jiān)測模塊(kuài)主(zhǔ)要采集電(diàn)壓(yā)
，電(diàn)流互(hù)感器經(jīng)過隔(gé)離電(diàn)路(lù)獲(huò)取電流
，電(diàn)壓信(xìn)號，轉換後的電信號經(jīng)共模(mó)綫(xiàn)圈的(dí)濾波後進(jìn)入差(chà)模放(fàng)大電(diàn)路進(jìn)行(háng)信號放(fàng)大調理(lǐ)調(tiáo)整到(dào)後續電(diàn)路能接(jiē)受的範(fàn)圍(wéi)然(rán)後進入AD采樣(yàng)芯片模數(shù)轉換後由單(dān)片機進行(háng)能耗的計(jì)算(suàn)，經過傅(fù)裏(lǐ)葉變換運算(suàn)來對諧(xié)波進行分析(xī)，具體電路(lù)如(rú)圖2所(suǒ)示。

圖2能(néng)耗監測(cè)電路(lù)圖(tú)

2.2ZigBee無(wú)綫節點設計

設(shè)計(jì)采(cǎi)用(yòng)DRF1607HCC2530ZigBee封(fēng)裝芯片，內含非常(cháng)豐富(fù)的片上資源(yuán)，用(yòng)戶隻需(xū)在軟(ruǎn)件中配(pèi)置各種(zhǒng)資(zī)源(yuán)的控製寄(jì)存(cún)器，便可以(yǐ)方便地使(shǐ)用(yòng)片上資(zī)源(yuán)實現各種控(kòng)製需(xū)求(qiú)。ZigBee模塊(kuài)與單(dān)片機的電(diàn)路接綫(xiàn)（如(rú)圖(tú)3所示(shì)）簡單(dān)，單片機的(dí)RXD2
，TXD2兩(liǎng)根引(yǐn)綫(xiàn)分別(bié)與(yǔ)CC2530的TX
，RX連接(jiē)。該芯(xīn)片使用TI公司Z-Stack2007ZigBee通(tōng)信協(xié)議，具(jù)有(yǒu)ZigBee的全部功(gōng)能，可(kě)建立起數據透(tòu)明傳(chuán)輸。

圖3ZigBee模塊與(yǔ)單片(piàn)機電(diàn)路接綫圖(tú)

3係統軟件設(shè)計(jì)

3.1ZigBee節(jié)點

ZigBee節點具有無綫(xiàn)接(jiē)受和(hé)發(fā)送能力，應(yīng)用程序隻需配置(zhì)好協議棧注冊(cè)應用端口(kǒu)，添(tiān)加操(cāo)作(zuò)係統(tǒng)任(rèn)務，準備好協(xié)議棧數(shù)據，就(jiù)可以通(tōng)過(guò)協議棧發(fā)送(sòng)數(shù)據(jù)，接收(shōu)方(fāng)通(tōng)過消息處理(lǐ)函數接收(shōu)來自發送方的(dí)數據。係統上位機(jī)軟(ruǎn)件采(cǎi)用C#編(biān)寫，主(zhǔ)要實現對電數據參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
，處理，顯(xiǎn)示數據(jù)中(zhōng)心係(xì)統能(néng)耗(hào)狀(zhuàng)態(tài)的(dí)實時(shí)信(xìn)息(xī)。監測節點(diǎn)主程序流(liú)程詳(xiáng)見(jiàn)圖4

圖(tú)4監(jiān)測節點主程序(xù)流程圖

DRF1607HCC2530ZigBee封裝芯(xīn)片協(xié)調(tiáo)器（Coordinator）從串口收(shōu)到的數據(jù)發送給所(suǒ)在無綫(xiàn)局域網內所有的(dí)路由(Router)節(jié)點(diǎn)。這樣協調器節(jié)點(diǎn)和(hé)路由節(jié)點之(zhī)間(jiān)就建(jiàn)立(lì)起了一(yī)條一對多的(dí)數據(jù)透明傳輸通(tōng)道。設計選用Mesh網絡，能(néng)夠(gòu)減少消息時延(yán)，增強通(tōng)信(xìn)的可靠性。

3.2諧(xié)波(bō)分析

電(diàn)流(liú)互(hù)感器將(jiāng)大信號轉化(huà)為(wéi)小信號傳(chuán)輸(shū)進(jìn)單片機中(zhōng)，單片機(jī)每38us采集三個(gè)周期的電(diàn)壓波形，將(jiāng)其(qí)轉化成AD信(xìn)號共有768個點(diǎn)，然後對這些(xiē)諧波數據(jù)進行分析，先分(fēn)析其*大值的大小，其值的大(dà)小是在0-4096當(dāng)中；接這(zhè)對其位置進(jìn)行分析，一(yī)個周(zhōu)期為(wéi)256個點，所以*大值(zhí)的(dí)位(wèi)置是在(zài)0-768之間。

FFT算法由(yóu)法國(guó)數學家傅(fù)立葉(yè)(M．Fourier)提(tí)出，一(yī)切的(dí)波(bō)形都(dū)是(shì)基波(bō)和諧(xié)波組成的。因為半波對稱的特(tè)性，則(zé)偶(ǒu)次諧波(bō)相互(hù)抵消。因(yīn)為(wéi)半(bàn)波對稱(chēng)波(bō)形中不含直(zhí)流(liú)分量和偶(ǒu)次(cì)諧波分(fēn)量，所以在編程的(dí)時候(hòu)，將前(qián)N/2點(diǎn)數據(jù)賦(fù)值(zhí)0，而(ér)後(hòu)麵N/2點就為奇次諧波(bō)分(fēn)量。運用FFT計算(suàn)所(suǒ)測電壓波(bō)的基波(bō)和(hé)奇(qí)次(cì)諧(xié)波係(xì)數。DFT變(biàn)換的表(biǎo)達式(shì)如(rú)式(1)所(suǒ)示(shì)。

其中(zhōng)X(k)為(wéi)經過FFT變(biàn)換(huàn)後的數據，X(n)為模(mó)擬量，實際上(shàng)X(n)為(wéi)數字(zì)量(liáng)，所以(yǐ)虛部為(wéi)0可(kě)以將它根據歐拉(lā)公式展(zhǎn)開如式(2)所示(shì)。

這個(gè)公式(shì)變換(huàn)後(hòu)的數(shù)據就是將(jiāng)初始信號進(jìn)行(háng)三(sān)角函(hán)數(shù)運(yùn)算，包括一(yī)次(cì)求和與(yǔ)一次(cì)相加累次(cì)運(yùn)算至(zhì)n-1項，k代表(biǎo)和(hé)頻率(shuài)為(wéi)多(duō)少(shǎo)的(dí)正弦相關，而(ér)n和(hé)N則(zé)是(shì)在一(yī)個正弦周(zhōu)期(qī)內采樣的(dí)點(diǎn)數。

*後如(rú)式(shì)(3)所(suǒ)示(shì)將其諧波(bō)係數算出(chū)顯示(shì)。

4硬件及測試結(jié)果分析

實驗將(jiāng)在(zài)綫監(jiān)測(cè)節(jié)點依次接入ZigBee無綫傳感器網(wǎng)絡，測試選擇透(tòu)傳模(mó)式，兩個節(jié)點(diǎn)之(zhī)間的傳(chuán)輸距離在(zài)60～100m，且(qiě)可(kě)根(gēn)據覆(fù)蓋麵積(jī)增(zēng)加(jiā)協調器(qì)的數量，實現(xiàn)對監(jiān)測區域的全麵覆蓋。監測(cè)節(jié)點可(kě)實現對(duì)設(shè)備能耗(hào)以及(jí)溫度(dù)的(dí)準(zhǔn)確(què)測量和(hé)可靠(kào)性(xìng)傳輸；FFT諧(xié)波(bō)算法(fǎ)合理
，軟件(jiàn)功能*。

5安科瑞能(néng)耗統計(jì)分(fēn)析(xī)（能源管(guǎn)理）解(jiě)決(jué)方案

5.1概述

建立(lì)高效的(dí)能耗(hào)監測(cè)管理係統(tǒng)，對(duì)建(jiàn)築各(gè)類(lèi)耗(hào)能設(shè)備(bèi)能耗(hào)數(shù)據(jù)進行實時(shí)測(cè)量，對采(cǎi)集數(shù)據進行統計和分析(xī)。能夠合(hé)理(lǐ)的(dí)確定各區域(yù)建(jiàn)築能(néng)耗經(jīng)濟(jì)指標及績效考核指(zhǐ)標(biāo)，發現能源使用規律(lǜ)和(hé)能(néng)源浪(làng)費(fèi)情(qíng)況(kuàng)，提(tí)高人員(yuán)主動節(jié)能(néng)的意識。

①搭建數(shù)據(jù)中心智慧(huì)能(néng)源管理(lǐ)係(xì)統(tǒng)的基(jī)本(běn)框架，對各個用能環節進行(háng)實時監測；

②排碳數(shù)據化(huà)：通過係(xì)統可(kě)實現(xiàn)建築單(dān)位內人均能(néng)耗(hào)分析(xī)（包括(kuò)水
，電
，能(néng)量(liáng)），實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據化；

③區域(yù)能效(xiào)比：實現建築(zhù)單(dān)位(wèi)內區域能(néng)耗對(duì)比，方便(biàn)能(néng)耗考(kǎo)核；

④同(tóng)期能(néng)效比(bǐ)：實現(xiàn)同(tóng)年
，同期(qī)
，同一(yī)區域(yù)能耗對(duì)比，方(fāng)便(biàn)節(jié)能(néng)數據分析；

⑤能(néng)耗(hào)評估(gū)管理：按照能源消(xiāo)耗定(dìng)額(é)標準(zhǔn)約束(shù)值(zhí)
，標準值(zhí)
，引導值(zhí)進(jìn)行分析(xī)單位麵(miàn)積能耗和(hé)人均(jūn)能耗指標；

⑥能耗(hào)競(jìng)爭(zhēng)排名：各(gè)個功(gōng)能區(qū)能(néng)耗對比，實現能耗(hào)排(pái)名(míng)，增強(qiáng)工(gōng)作(zuò)人員的節能意識(shí)；

⑦對(duì)能耗的(dí)使(shǐ)用數據進行綜(zōng)合(hé)的分(fēn)析
，統計
，打印和查(chá)詢等功(gōng)能(néng)，並根據能耗監測(cè)管理(lǐ)係統(tǒng)的(dí)需要(yào)可選(xuǎn)擇不(bù)同(tóng)樣(yàng)式報(bào)表的打印。為能(néng)耗運營管理(lǐ)部(bù)門(mén)提(tí)供(gōng)可靠(kào)的依據；

⑧能(néng)耗數據采(cǎi)集，隨時(shí)查詢，並根據(jù)采集(jí)數(shù)據進(jìn)行(háng)統計分析，監測異(yì)常能源(yuán)用(yòng)量，對能(néng)源(yuán)智能儀(yí)表(biǎo)故障進行(háng)報警，提高係(xì)統(tǒng)信息化(huà)
，自動化(huà)水平。

5.2平台部(bù)署(shǔ)硬件選(xuǎn)型

6結語

本文介(jiè)紹(shào)了(liǎo)一(yī)種基(jī)於ZigBee技術(shù)的數據中(zhōng)心即可(kě)實時了解(jiě)到用電(diàn)設(shè)備(bèi)的工(gōng)作(zuò)狀(zhuàng)態(tài)和(hé)能(néng)耗，可廣(guǎng)泛(fàn)應(yīng)用於能源能(néng)耗監測領(lǐng)域。

【參考(kǎo)文獻】

[1]姜(jiāng)鴻(hóng)羽.數據中心(xīn)智慧能耗和諧(xié)波監測節點設計(jì).數字(zì)技術(shù)與(yǔ)應(yīng)用(yòng)，2020.5；

[2]李(lǐ)康(kāng),李欣,張子(zǐ)凡,等(děng).基(jī)於(yú)電力(lì)物聯(lián)網建(jiàn)設的數據(jù)中(zhōng)心(xīn)能(néng)耗管理(lǐ)研究(jiū)[J].上(shàng)海電(diàn)力大(dà)學學報(bào),2021,37(3):241-246+283.

[3]王堅.大型數據中心能(néng)耗監(jiān)測(cè)係(xì)統應(yīng)用(yòng)研究(jiū)[J].科技(jì)風,2020(4):93.

[4]趙豔(yàn)啟.基於(yú)ZigBee技(jì)術的機場環(huán)境多參數監測係統(tǒng)設計(jì)[J].電子設計工程,2020,28(15):61-64+69.

[5]崔鳳新(xīn).基(jī)於ZigBee的電力多變量(liáng)無綫(xiàn)監測係統設計[J].數(shù)字技(jì)術與應(yīng)用,2018,36(09):174-175+177.

[6]湯天浩(hào),鄭慧.一(yī)類半波(bō)對稱(chēng)FFT改(gǎi)進(jìn)算法與電網諧波分(fēn)析[J].電源學(xué)報(bào),2011(2):80-85.

[7]安科瑞企業微(wēi)電網設計(jì)與應用手冊2022.5版.