数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质，涉及电力经济领域。该数据中心需求响应优化方法，包括获取数据中心网络负载的特征、数据中心内设备的换热耦合关系以及数据中心IT设备和空调设备的运行特性；根据数据中心网络负载的特征对网络负载进行分类；根据数据中心内设备的换热耦合关系，构建数据中心热力学模型；建立IT设备和空调设备的能耗模型；根据对网络负载进行分类、数据中心热力学模型以及IT设备和空调设备的能耗模型，构建综合约束条件；基于数据中心的可调节潜力，结合数据中心IT设备和空调设备间存在的电热耦合关系，实现数据中心节能降耗和经济效益之间良好的平衡。良好的平衡。良好的平衡。

【技术实现步骤摘要】
数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及电力经济
，具体为数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]随着5G、云计算等新一代信息技术的蓬勃发展，数据中心作为信息物理系统的核心组成，其能耗也在不断增加。据相关资料统计，2020年数据中心年耗电量占全社会用电量的2.7％，其中IT设备和空调制冷设备的能耗占数据中心总能耗的85％。同时，数据中心的一些网络负载具有延迟容忍的特性，这使得数据中心可以作为一种庞大的新型需求响应主体参与到电网调控中。
[0003]国内外公开出版的文献，在数据中心参与需求响应机制，数据中心节能等方面已有了许多研究，但是在考虑数据中心各设备耦合的关系下参与需求响应方面仍存在诸多问题和挑战。在现有技术中，M.Ghamkhari提出了一种IT网络负载管理方法，用于处理具有相同完成期限的延迟容忍作业，同时保持其服务质量(QoS)，但在优化过程中，没有考虑冷却系统的功耗和相关成本。Dr.Moor使用计算流体动力学(CFD)来模拟和预测数据中心的热分布，然而，此类模拟计算成本较高，不适合实时控制应用。因此需要使用一个精确的模型来解释数据中心IT设备和空调设备之间的电热耦合关系，在保证用户服务质量的前提下充分利用数据中心的需求响应潜力。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质，基于数据中心的可调节潜力，结合数据中心IT设备和空调设备间存在的电热耦合关系，实现数据中心节能降耗和经济效益之间良好的平衡。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一方面，提供了数据中心需求响应优化方法，所述方法包括：
[0009]获取数据中心网络负载的特征、数据中心内设备的换热耦合关系以及数据中心IT设备和空调设备的运行特性；
[0010]根据数据中心网络负载的特征对网络负载进行分类；
[0011]根据数据中心内设备的换热耦合关系，构建数据中心热力学模型；
[0012]根据数据中心IT设备和空调设备的运行特性，建立IT设备和空调设备的能耗模型；
[0013]根据对网络负载进行分类、数据中心热力学模型以及IT设备和空调设备的能耗模型，构建综合约束条件；
[0014]根据综合约束条件并以数据中心运行成本和客户服务质量惩罚成本之和最小为
目标，将数据中心的需求响应优化问题线性化为混合整数线性规划问题；
[0015]对混合整数线性规划问题进行求解，得到所述数据中心的优化需求响应策略。
[0016]优选的，所述综合约束条件包括网络负载最大响应时间约束，空调设备功率约束，IT设备温度约束和入口气流温度约束。
[0017]优选的，所述数据中心网络负载分为交互式负载和批处理式负载；
[0018]所述交互式负载具有最高优先级性；
[0019]所述批处理式负载包括DT1型负载和DT2型负载；
[0020]所述DT1型负载和DT2均具有时间转移特性，其中，所述DT2型负载还具有可削减特征。
[0021]优选的，所述数据中心内设备的换热原理为：
[0022]数据中心机房采用冷或热通道隔离的方式进行散热；
[0023]机房底部变速风扇通过高架地板的进气百叶窗将冷空气压缩进入密闭的冷通道，冷通道中安装的过滤器、加湿装置和冷却器确保空气参数保持恒定，IT设备的风扇吸入冷空气给设备降温，形成热空气后由机柜后端排出至热通道。
[0024]优选的，所述数据中心IT设备的对流换热过程可以采用等效热阻模型来描述，满足如下关系式为
[0025][0026]C
IT
＝c
p,IT
n
racks
(n
servers
m
servers
+m
rack
)
[0027]式中，R
in
为IT设备入口对流换热等效热阻，C
IT
为IT设备的热容，表示t时刻IT设备的温度，表示t时刻IT设备的功率，表示t时刻设备机架中的空气温度，c
p,IT
为IT设备平均比热容，n
racks
为机架数量，n
servers
为IT设备数量，m
servers
为单个IT设备的质量，m
rack
为单个空机架的质量；
[0028]对机架中的空气对流换热过程、冷通道和热通道中的空气对流换热过程以及冷热通道与墙壁表面换热过程分别进行建模，具体为
[0029][0030]C
Rack
＝V
freeSpace
n
racks
ρ
air
c
p,air
[0031]式中，C
Rack
为机架中空气的热容，m
air
为空气流量，κ为传热系数，c
p,air
为空气比热容，为t时刻冷通道的空气温度，V
freeSpace
为机房内可用空间体积，ρ
air
为空气的密度，Δt为时间步长间隔；
[0032][0033]C
cAisle
＝V
cAisle
ρ
air
c
p,air
[0034]式中，C
cAisle
为冷通道中空气的热容，R
cold
为冷通道与其墙壁表面的对流换热等效热阻，为t时刻IT设备的入口气流温度，V
cAisle
为冷通道空间体积；
[0035][0036]C
hAisle
＝V
hAisle
ρ
air
c
p,air
[0037]式中，C
hAisle
为热通道中空气的热容，R
hot
为热通道与其墙壁表面的对流换热等效热阻，为t时刻热通道的空气温度，V
hAisle
为热通道空间体积；
[0038][0039][0040]式中，为t时刻冷通道墙壁温度，为t时刻热通道墙壁温度，为t时刻室外温度。
[0041]优选的，所述建立IT设备和空调设备的能耗模型具体为：
[0042]IT设备功耗可以建模为IT设备资源利用率和入口气流温度的函数，满足如下关系式：
[0043][0044]式中，P
idle
为IT设备静态功率，a0,b0,c0为常数；
[0045]通过调整空调设备的功耗来提供灵活性以实现需求响应，空调设备功耗可以建模为热通道空气温度和入口气流温度的函数，满足如下关系式：
[0046][0047][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据中心需求响应优化方法，其特征在于，所述方法包括：获取数据中心网络负载的特征、数据中心内设备的换热耦合关系以及数据中心IT设备和空调设备的运行特性；根据数据中心网络负载的特征对网络负载进行分类；根据数据中心内设备的换热耦合关系，构建数据中心热力学模型；根据数据中心IT设备和空调设备的运行特性，建立IT设备和空调设备的能耗模型；根据对网络负载进行分类、数据中心热力学模型以及IT设备和空调设备的能耗模型，构建综合约束条件；根据综合约束条件并以数据中心运行成本和客户服务质量惩罚成本之和最小为目标，将数据中心的需求响应优化问题线性化为混合整数线性规划问题；对混合整数线性规划问题进行求解，得到所述数据中心的优化需求响应策略。2.根据权利要求1所述的一种数据中心需求响应优化方法，其特征在于，所述综合约束条件包括网络负载最大响应时间约束，空调设备功率约束，IT设备温度约束和入口气流温度约束。3.根据权利要求1所述的一种数据中心需求响应优化方法，其特征在于，所述数据中心网络负载分为交互式负载和批处理式负载；所述交互式负载具有最高优先级性；所述批处理式负载包括DT1型负载和DT2型负载；所述DT1型负载和DT2均具有时间转移特性，其中，所述DT2型负载还具有可削减特征。4.根据权利要求1所述的一种数据中心需求响应优化方法，其特征在于，所述数据中心内设备的换热原理为：数据中心机房采用冷或热通道隔离的方式进行散热；机房底部变速风扇通过高架地板的进气百叶窗将冷空气压缩进入密闭的冷通道，冷通道中安装的过滤器、加湿装置和冷却器确保空气参数保持恒定，IT设备的风扇吸入冷空气给设备降温，形成热空气后由机柜后端排出至热通道。5.根据权利要求1所述的一种数据中心需求响应优化方法，其特征在于：所述数据中心IT设备的对流换热过程可以采用等效热阻模型来描述，满足如下关系式为C
IT
＝c
p,IT
n
racks
(n
servers
m
servers
+m
rack
)式中，R
in
为IT设备入口对流换热等效热阻，C
IT
为IT设备的热容，表示t时刻IT设备的温度，表示t时刻IT设备的功率，表示t时刻设备机架中的空气温度，c
p,IT
为IT设备平均比热容，n
racks
为机架数量，n
servers
为IT设备数量，m
servers
为单个IT设备的质量，m
rack
为单个空机架的质量；对机架中的空气对流换热过程、冷通道和热通道中的空气对流换热过程以及冷热通道与墙壁表面换热过程分别进行建模，具体为
C
Rack
＝V
freeSpace
n
racks
ρ
air
c
p,air
式中，C
Rack
为机架中空气的热容，m
air
为空气流量，κ为传热系数，c
p,air
为空气比热容，为t时刻冷通道的空气温度，V
freeSpace
为机房内可用空间体积，ρ
air
为空气的密度，Δt为时间步长间隔；C
cAisle
＝V
cAisle
ρ
air
c
p,air
式中，C
cAisle
为冷通道中空气的热容，R
cold
为冷通道与其墙壁表面的对流换热等效热阻，为t时刻IT设备的入口气流温度，V
cAisle
为冷通道空间体积；C
hAisle
＝V
hAisle

【专利技术属性】
技术研发人员：徐青山，马振珲，杨永标，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：