[发明专利]一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法

说明书

本发明公开了一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，包括：获取制冷系统运行时的时间序列数据；利用时间序列分割聚类模型结合手动标注方法对获取的时间序列数据进行阶段识别与分类，构建样本数据集；构建用于预测给定热负载下制冷系统的启停过程及制冷功耗的制冷系统预测模型，并利用所述样本数据集对构建的制冷系统预测模型进行训练；利用训练好的制冷系统预测模型对制冷系统的运行进行仿真，确定使累计能耗最低的停机温度设定值，实现停机温度设定的优化。本发明能够预测制冷系统未来一段时间的启停过程以及功耗，通过优化制冷系统的停机温度配置降低制冷系统的整体能耗。

技术领域

本发明涉及计算机仿真与优化、绿色计算技术领域，特别涉及一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法。

背景技术

随着信息技术的发展，数据中心的建设处于高速时期，数据中心的运行需要安全可靠的机房环境，服务器运行期间会产生大量热量，为了使计算机服务器持续可靠运行，通常装有空调制冷系统，在严格的公差范围内保持稳定的温度和湿度对IT系统可靠性至关重要。

如图1所示，制冷系统包括室内和室外两部分。室内部分的主要模块为液体-空气热交换器，该模块吸收生产设备产生的热空气，然后通过管道、冷凝器和风机将热量转移和疏散到室外，通过压缩生成的冷空气输送至室内。制冷系统作为常见的工业设施，是一种典型的周期性多阶段系统，其运行过程为部分可观测的2输入3输出系统。直观地，热负载x₁(t)(服务器设备的运行总功率)的升高会导致制冷系统进气口温度y₃(t)升高。另外，由于制冷系统和室外环境之间存在热交换，系统所处环境的温度x₂(t)也会影响制冷系统的工作情况。如图2所示，为了保持生产过程安全稳定运行，制冷系统需要维持室内的进气空气温度限定某预先设定的区间上下限内。当进气口空气温度T_i达到设定值上限T_high时，制冷系统会开启压缩机，制冷系统产生的制冷量y₂(t)增加，制冷系统的运行功率y₁(t)增加。当进气口温度T_i低于停机设定值T_low时，压缩机关闭，制冷系统变为待机状态，y₁(t)降的很低。伴随着制冷与待机，制冷系统的运行过程具有典型的周期多阶段特性，当制冷系统待机时，进气口温度不断上升，其制冷量为0，制冷功率接近于0。当制冷系统工作时，进气口温度不断下降，制冷量和制冷功率经过的快速上升震荡后会趋于稳定，从而稳定制冷。

随着数据中心的竞争加剧，运营成本的压力增大，据统计数据设备功耗每增加100W，就会有10～20W损耗在电能转换、分配和传输中，而空调或制冷设备的功耗甚至会增加120W，使得数据中心的实际能耗远超IT设备本体的功耗。

对于一般的制冷系统，利用温度传感器监测环境温度值以控制压缩设备起停。当温度超过某一上阈值时，压缩机开启并将室内热量传递到室外以起到降温的目的。当温度降低到下阈值时，压缩机关闭，制冷系统进入待机状态。压缩机是制冷系统中耗电量最大的设备，一般情况下，合理地增加温度下阈值可以避免过度制冷，通过减少压缩机工作时间以降低能耗。但是由于启动压缩机会在短时间内产生大于正常运行时3-7倍的电流，过高的温度下阈值会导致压缩机频繁地启停，反而增加制冷系统功耗。目前，该领域内尚无技术能够帮助数据中心运管人员准确地找到使总功耗达到最优的停机温度设定值。

发明内容

本发明提供了一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，以实现对制冷系统未来一段时间的启停过程以及功耗的预测，并通过优化制冷系统的停机温度配置，降低制冷系统的整体能耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，所述数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法包括：

获取制冷系统运行时的时间序列数据；