本發(fā)明屬于暖通系統(tǒng)，具體涉及一種基于虛擬儲能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、虛擬儲能是一種將空調(diào)-建筑系統(tǒng)等效為虛擬儲能裝置的建模方式?？照{(diào)-建筑系統(tǒng)與傳統(tǒng)儲能裝置相似，具有儲備熱的能力。借助虛擬儲能思想，將空調(diào)-建筑環(huán)境等效為儲能裝置，整合到調(diào)度策略中，對機(jī)房而言能夠維持設(shè)備可靠運(yùn)行所需要的熱環(huán)境，對于運(yùn)營商能夠利用空調(diào)-建筑環(huán)境的儲能特性，按照峰谷電價(jià)調(diào)節(jié)空調(diào)設(shè)備運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)降低能耗和節(jié)約成本的目的。

2、滾動時(shí)域優(yōu)化是一種動態(tài)優(yōu)化技術(shù)。對于一個(gè)動態(tài)變化、有著不確定性的系統(tǒng)，滾動時(shí)域優(yōu)化技術(shù)在每個(gè)決策步驟中只解決一個(gè)有限時(shí)間范圍的優(yōu)化問題，是一個(gè)具有實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)化算法。隨著時(shí)間的推移，這個(gè)優(yōu)化過程會不斷地滾動向前，即在下一個(gè)決策時(shí)刻再一次進(jìn)行有限步的優(yōu)化。

3、數(shù)據(jù)中心是各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的算力基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)數(shù)量日益增加。當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心面臨高能耗的問題，對于風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心而言，暖通系統(tǒng)的能耗占比在40%左右。數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷末端的氣流管理較為復(fù)雜，同時(shí)目前大量數(shù)據(jù)中心采用規(guī)則式控制的方式，固定空調(diào)設(shè)備的設(shè)定溫度和風(fēng)量，無法實(shí)時(shí)預(yù)測不同設(shè)定溫度下機(jī)房溫度變化的速率和程度，導(dǎo)致精確度低下，因此暖通系統(tǒng)空調(diào)設(shè)備有著較大的優(yōu)化空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心采用規(guī)則式控制的方式，無法實(shí)時(shí)預(yù)測不同設(shè)定溫度下機(jī)房溫度變化的速率和程度，導(dǎo)致精確度低下以及能耗較高的問題，提供一種基于虛擬儲能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于虛擬儲能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、獲取并監(jiān)測數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

5、存儲并分析獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

6、基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)搭建空調(diào)-建筑rc模型，通過空調(diào)-建筑rc模型對未來有限時(shí)間的機(jī)房熱環(huán)境進(jìn)行迭代預(yù)測，得到熱環(huán)境預(yù)測值；

7、對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的暖通設(shè)備進(jìn)行能耗建模，基于所述能耗模型，計(jì)算每臺空調(diào)在每個(gè)時(shí)刻的能耗；

8、基于熱環(huán)境預(yù)測值和空調(diào)的能耗值，通過滾動優(yōu)化算法處理，得到下一時(shí)刻的空調(diào)運(yùn)行工況建議值；

9、控制空調(diào)按照工況建議值運(yùn)行。

10、基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)搭建的空調(diào)-建筑rc模型包括冷通道rc模型和熱通道rc模型。

11、所述冷通道rc模型的公式為：

12、；

13、其中，是冷通道物理屏障的面積，單位為；為第個(gè)機(jī)架在第個(gè)時(shí)刻的排風(fēng)量，單位為；為第臺空調(diào)設(shè)備的出風(fēng)量，單位為；為第個(gè)時(shí)刻的it設(shè)備功率，單位為；為第個(gè)時(shí)刻機(jī)架的排風(fēng)溫度，單位為；為第臺空調(diào)的出風(fēng)溫度，單位為；為空氣的定壓比熱容，單位為；為冷通道物理屏障的對流換熱系數(shù)，單位為；為冷通道的空氣質(zhì)量，單位為；為第個(gè)時(shí)刻的冷通道溫度，單位為；為第+1個(gè)時(shí)刻的冷通道溫度，單位為；為第個(gè)時(shí)刻的熱通道溫度，單位為；為一個(gè)時(shí)步的時(shí)間長度，單位為小時(shí)。

14、所述熱通道rc模型的公式為：

15、；

16、其中，為機(jī)房墻壁的面積，單位為；為第臺空調(diào)在第個(gè)時(shí)刻的回風(fēng)溫度，單位為；為熱通道的空氣質(zhì)量，單位為；為墻壁的對流換熱系數(shù)，單位為；為第個(gè)時(shí)刻的熱通道溫度，單位為；為外界環(huán)境的溫度，單位為。

17、所述能耗模型的公式如下：

18、；

19、其中，為第臺空調(diào)設(shè)備在第個(gè)時(shí)刻的

20、第空調(diào)在第個(gè)時(shí)刻的能耗為：

21、

22、其中，表示空氣密度。

23、基于熱環(huán)境預(yù)測值和空調(diào)的能耗值，通過滾動優(yōu)化算法處理，得到下一時(shí)刻的空調(diào)運(yùn)行工況建議值，具體方法如下：

24、設(shè)置時(shí)間粒度v，獲取當(dāng)前時(shí)間t；

25、判斷當(dāng)前時(shí)間t是否到達(dá)預(yù)設(shè)的決策時(shí)刻，如果未到達(dá)決策時(shí)刻，則進(jìn)入優(yōu)化函數(shù)sleep(1)；

26、一旦到達(dá)決策時(shí)刻，將數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)信息、天氣信息和當(dāng)?shù)仉妰r(jià)信息作為優(yōu)化算法的基本輸入；

27、將調(diào)度周期從時(shí)間上離散為個(gè)階段，模型中下一時(shí)間階段的狀態(tài)由當(dāng)前時(shí)間階段的狀態(tài)決定；

28、實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)中心機(jī)房的溫度信息并輸入至?xí)r域滾動優(yōu)化算法中作為實(shí)時(shí)反饋；

29、根據(jù)當(dāng)前電價(jià)信息、熱環(huán)境預(yù)測值和空調(diào)能耗值，計(jì)算下一時(shí)刻的空調(diào)運(yùn)行工況建議值。

30、所述滾動優(yōu)化算法的處理策略如下：

31、在電價(jià)低時(shí)增加空調(diào)設(shè)備的輸出功率，將冷量儲存在空調(diào)-建筑系統(tǒng)中；

32、在電價(jià)較高時(shí)，空調(diào)-建筑系統(tǒng)中儲存的冷量用來冷卻機(jī)房設(shè)備的發(fā)熱量，空調(diào)設(shè)備的輸出功率降低。

33、所述熱環(huán)境溫度約束如下：

34、

35、其中，分別為溫度下限和溫度上限。

36、一種基于虛擬儲能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

37、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測模塊，用于獲取并監(jiān)測數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

38、數(shù)據(jù)存儲與分析模塊：用于存儲并分析獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

39、空調(diào)-建筑rc模型搭建模塊，用于基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)搭建空調(diào)-建筑rc模型，通過空調(diào)-建筑rc模型對未來有限時(shí)間的機(jī)房熱環(huán)境進(jìn)行迭代預(yù)測，得到熱環(huán)境預(yù)測值；

40、能耗模型搭建模塊，用于對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的暖通設(shè)備進(jìn)行能耗建模，基于所述能耗模型，計(jì)算每臺空調(diào)在每個(gè)時(shí)刻的能耗；

41、優(yōu)化算法模塊，用于基于熱環(huán)境預(yù)測值和空調(diào)的能耗值，通過滾動優(yōu)化算法處理，得到下一時(shí)刻的空調(diào)運(yùn)行工況建議值；

42、控制執(zhí)行模塊，用于控制空調(diào)按照工況建議值運(yùn)行。

43、所述控制執(zhí)行模塊包括modbus協(xié)議，用于確?？刂撇僮鞯臏?zhǔn)確性和可靠性。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

45、本發(fā)明提供了一種基于虛擬儲能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能優(yōu)化方法和系統(tǒng)，包括如下步驟：獲取并監(jiān)測數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；存儲并分析獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；基于所述環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)搭建空調(diào)-建筑rc模型，通過空調(diào)-建筑rc模型對未來有限時(shí)間的機(jī)房熱環(huán)境進(jìn)行迭代預(yù)測，得到熱環(huán)境預(yù)測值；對數(shù)據(jù)中心機(jī)房的暖通設(shè)備進(jìn)行能耗建模，基于所述能耗模型，計(jì)算每臺空調(diào)在每個(gè)時(shí)刻的能耗；基于熱環(huán)境預(yù)測值和空調(diào)的能耗值，通過滾動優(yōu)化算法處理，得到下一時(shí)刻的空調(diào)運(yùn)行工況建議值；控制空調(diào)按照工況建議值運(yùn)行。采用rc模型進(jìn)行建模，用來預(yù)測不同設(shè)定溫度下機(jī)房溫度變化的速率和程度，從而更加精確地控制空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。采用滾動時(shí)域優(yōu)化實(shí)現(xiàn)基于虛擬儲能的節(jié)能優(yōu)化方法，在未來有限時(shí)間范圍內(nèi)，通過空調(diào)-建筑的rc模型對未來的熱環(huán)境溫度進(jìn)行預(yù)測。對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，確定空調(diào)系統(tǒng)在未來一段時(shí)間的最優(yōu)設(shè)定溫度，將求解得到的下一時(shí)刻的最優(yōu)設(shè)定值作為實(shí)際最優(yōu)設(shè)定溫度的參考。在下一個(gè)時(shí)刻繼續(xù)進(jìn)行未來有限時(shí)間范圍的優(yōu)化，不斷滾動向前，以達(dá)到實(shí)時(shí)優(yōu)化，給出溫度參考的目的。

46、進(jìn)一步的，對熱環(huán)境溫度添加約束保證it設(shè)備的可靠性。

47、進(jìn)一步的，利用峰谷電價(jià)機(jī)制，在電價(jià)較低的時(shí)間段降低空調(diào)的設(shè)定溫度、儲存冷量，在電價(jià)較高的時(shí)段，利用環(huán)境中儲存的冷量，能夠適當(dāng)提升空調(diào)設(shè)定溫度，利用數(shù)據(jù)中心空調(diào)-建筑系統(tǒng)的熱慣性實(shí)現(xiàn)能量的存儲和釋放，降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗。