一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。的整体能耗。的整体能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法


[0001]本专利技术涉及计算机仿真与优化、绿色计算
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术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：
[0009]获取制冷系统运行时的时间序列数据；
[0010]利用时间序列分割聚类模型结合手动标注方法，对获取的制冷系统运行时的时间序列数据进行阶段识别与分类，并利用完成分类的数据构建样本数据集；
[0011]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；其中，所述制冷系统预测模型的输入为制冷系统运行时的时间序列数据和未来一段时间的系统输入，所述制冷系统预测模型的输出为未来一段时间的系统输出；
[0012]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，基于仿真结果确定使累计能耗最低的制冷系统停机温度设定值，实现停机温度设定的优化。
[0013]进一步地，所述获取制冷系统运行时的时间序列数据，包括：
[0014]获取制冷系统运行时的运行数据；其中，所述运行数据包括：服务器功率、室温、服务器进气口温度、制冷功率以及制冷量；
[0015]对运行数据中的缺失值进行三次样条插值，构成采样间隔均匀的时间序列。
[0016]进一步地，所述利用时间序列分割聚类模型结合手动标注方法，对获取的制冷系统运行时的时间序列数据进行阶段识别与分类，包括：
[0017]建立半监督的多维时间序列分割聚类模型；
[0018]在原始时间序列数据上，手动标注部分序列区间所属的制冷系统的运行过程阶段类型；其中，所述运行过程阶段类型包括制冷机关闭、制冷机启动第一阶段、制冷机启动第二阶段、制冷机稳定制冷以及制冷机关闭过程；
[0019]利用构建的多维时间序列分割聚类模型对手动标注区域进行学习，并基于学习结果对时间序列数据未经标注的区域进行阶段分割与类别标注。
[0020]进一步地，所述多维时间序列分割聚类模型基于托普洛兹逆协方差矩阵对时间序列数据聚类，利用托普洛兹逆协方差矩阵定义每个聚类的马尔科夫随机网络，以描述一段时间内制冷系统运行时的时间序列数据各维度的相关性。
[0021]进一步地，所述利用构建的多维时间序列分割聚类模型对手动标注区域进行学习，并基于学习结果对时间序列数据未经标注的区域进行阶段分割与类别标注，包括：
[0022]由人工手动标注的区域得到时间序列数据的各点的聚类结果，并使用交替方向乘子法来初始化时间序列分割聚类模型中的托普洛兹逆协方差矩阵；
[0023]利用期望最大化算法EM来不断更新时间序列分割聚类模型参数并实现时间序列的分割与聚类；其中，EM算法的M步是给定时间序列数据聚类结果使用交替方向乘子法来更新托普洛兹逆协方差矩阵，E步给定托普洛兹逆协方差矩阵，使用动态规划算法找到最小成本路径，从而将时间序列数据进行分割聚类。
[0024]进一步地，所述制冷系统预测模型为编码器
‑
解码器框架结构；其中，
[0025]所述编码器的输入为制冷系统过去一段时间的运行数据，输出为系统当前时刻的状态编码，用于作为所述解码器所需的初始状态；其中，所述初始状态包括：预测的隐变量、
系统所处的当前阶段和已经处于当前阶段所持续的时间；
[0026]所述解码器的输入为所述编码器给出的状态编码和未来一段时间的系统输入，所述解码器的输出为未来一段时间的系统输出；其中，所述系统输入包括服务器功率和室温，所述系统输出包括进气口温度、制冷功率和制冷量。
[0027]进一步地，所述编码器和所述解码器均由有限状态机常微分方程网络构建。
[0028]进一步地，所述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，基于仿真结果确定使累计能耗最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，其特征在于，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，对获取的制冷系统运行时的时间序列数据进行阶段识别与分类，并利用完成分类的数据构建样本数据集；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；其中，所述制冷系统预测模型的输入为制冷系统运行时的时间序列数据和未来一段时间的系统输入，所述制冷系统预测模型的输出为未来一段时间的系统输出；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，基于仿真结果确定使累计能耗最低的制冷系统停机温度设定值，实现停机温度设定的优化。2.如权利要求1所述的数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，其特征在于，所述获取制冷系统运行时的时间序列数据，包括：获取制冷系统运行时的运行数据；其中，所述运行数据包括：服务器功率、室温、服务器进气口温度、制冷功率以及制冷量；对运行数据中的缺失值进行三次样条插值，构成采样间隔均匀的时间序列。3.如权利要求1所述的数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，其特征在于，所述利用时间序列分割聚类模型结合手动标注方法，对获取的制冷系统运行时的时间序列数据进行阶段识别与分类，包括：建立半监督的多维时间序列分割聚类模型；在原始时间序列数据上，手动标注部分序列区间所属的制冷系统的运行过程阶段类型；其中，所述运行过程阶段类型包括制冷机关闭、制冷机启动第一阶段、制冷机启动第二阶段、制冷机稳定制冷以及制冷机关闭过程；利用构建的多维时间序列分割聚类模型对手动标注区域进行学习，并基于学习结果对时间序列数据未经标注的区域进行阶段分割与类别标注。4.如权利要求3所述的数据中心制冷系统预测与停机温度设定优化方法，其特征在于，所述多维时间序列分割聚类模型基于托普洛兹逆协方差矩阵对时间序列数据聚类，利用托普洛兹逆协方差矩阵定义每个聚类的马尔科夫随机网络，以描述一段时间内制冷系统运行时的时间序列数据各维度的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：班晓娟，宁春宇，张金钟，袁兆麟，
申请(专利权)人：中色非洲矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：