用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统及控制方法。其中，第一温度传感器用于测量机柜出风温度；第二温度传感器用于测量蒸发器进风温度；第三温度传感器用于测量蒸发器出口制冷剂温度；第四温度传感器用于测量蒸发器入口制冷剂温度；第五温度传感器用于测量电子膨胀阀入口制冷剂温度；第一压力传感器用于测量蒸发器出口制冷剂压力；第二压力传感器用于测量电子膨胀阀入口制冷剂压力；第三压力传感器用于测量电子膨胀阀出口制冷剂压力。该控制方法通过协同控制电子膨胀阀和风机，将蒸发器出口制冷剂过热度和机柜出风温度控制在合理范围内，根据机柜负荷变化对机柜出风温度进行精准调控，且能实现迅速调控。且能实现迅速调控。且能实现迅速调控。

【技术实现步骤摘要】
用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及数据中心制冷
，尤其涉及用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，以大数据、云计算为代表的信息经济迅速发展，数据中心建设量和耗电量呈现逐年增加的态势。同时，随着双碳战略的推进，数据中心能耗过高问题也日益凸显。数据中心内部聚集了大量服务器及信息存储设备，这些设备具有散热密度大、散热时间长、对周围环境温湿度要求高等特点。为保证数据中心内部服务器等设备稳定运行，数据中心内部需要全年供冷、精准控温。
[0003]传统的数据中心大多采用机房级供冷方式，这种供冷方式难以应对机房内的负荷变化，会造成局部热点或冷量过剩问题。机柜级供冷方式可根据不同机柜的负荷按需供冷，用于机柜级供冷末端的控制系统通过风机转速或电子膨胀阀开度调控机柜出风温度。普遍存在以下问题：传统的电子膨胀阀控制方法多以蒸发器出口制冷剂过热度为唯一目标值，采用PID控制方法对制冷剂流量进行控制。这种方法虽然可以保证压缩机稳定运行，但不能根据机柜负荷变化对机柜出风温度进行精准调控。数据中心机柜温度非线性强，时滞性强，电子膨胀阀调控过程与风机调控过程相互耦合，运行过程易出现超调现象，基于PID控制方法调控风机很难实现精准控温和迅速调节。这些问题影响了数据中心内部设备的稳定运行，有必要提出相应的控制系统和控制方法。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统及控制方法，其解决了现有技术不能根据机柜负荷变化对机柜出风温度进行精准调控、以及基于PID控制方法调控风机很难实现精准控温和迅速调节的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统，包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、蒸发器换热单元、电子膨胀阀和可编程控制器；所述蒸发器换热单元包括蒸发器和风机；第一温度传感器用于测量机柜出风温度；第二温度传感器用于测量蒸发器进风温度；第三温度传感器用于测量蒸发器出口制冷剂温度；第四温度传感器用于测量蒸发器入口制冷剂温度；第五温度传感器用于测量电子膨胀阀入口制冷剂温度；第一压力传感器用于测量蒸发器出口制冷剂压力；第二压力传感器用于测量电子膨胀阀入口制冷剂压力；第三压力传感器用于测量电子膨胀阀出口制冷剂压力；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一
压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别与可编程控制器的输入端连接；可编程控制器的输出端分别与电子膨胀阀和风机连接；可编程控制器通过协同控制电子膨胀阀的阀门开度和风机转速，将蒸发器出口制冷剂过热度和机柜出风温度控制在合理范围内。
[0009]可选地，电子膨胀阀安装在蒸发器入口处；第一温度传感器安装在蒸发器出风口处；第二温度传感器安装在蒸发器进风口处；第三温度传感器和第一压力传感器分别安装在蒸发器出口处；第四温度传感器安装在蒸发器入口处；第五温度传感器和第二压力传感器分别安装在电子膨胀阀入口处；第三压力传感器安装在电子膨胀阀出口处。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种用于数据中心机柜级供冷末端的控制方法，所述控制方法基于所述用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
[0011]步骤S1：根据具体应用场景的实际需求设置并存储控制系统的初始值，所述初始值包括：风机转速初始值V
start
、时变系数m和n的初始值、机柜出风温度设定值T
out,set
、控温精度设定值T
p,set
、蒸发器出口制冷剂过热度设定值SH
set
、蒸发器换热面积A和电子膨胀阀通道面积S；
[0012]步骤S2：计算蒸发器出口制冷剂过热度测量值SH
sensor
；
[0013]步骤S3：基于电子膨胀阀控制模型，根据蒸发器出口制冷剂过热度设定值SH
set
和蒸发器出口制冷剂过热度测量值SH
sensor
，计算电子膨胀阀开度C；
[0014]步骤S4：将电子膨胀阀开度C输出至电子膨胀阀；
[0015]步骤S5：计算蒸发器换热单元换热系数K，并存储当前的蒸发器换热单元换热系数K和当前的风机转速；
[0016]步骤S6：判断机柜出风温度T1是否在控温范围内；如果是，则跳转到步骤S7；如果否，则跳转到步骤S9；
[0017]步骤S7：保持当前的风机转速；
[0018]步骤S8：检测是否收到结束控制的指令；如果收到，则结束控制；如果未收到，则重复步骤S2至S6；
[0019]步骤S9：判断是否是第一次计算风机转速计算值V
cal
；如果是，则跳转到步骤S91；如果否，则跳转到步骤S92；
[0020]步骤S91：基于风机控制模型，根据时变系数m和n的初始值、机柜出风温度设定值T
out,set
、蒸发器换热面积A、电子膨胀阀通道面积S、当前的电子膨胀阀开度C和当前的系统运行参数计算风机转速计算值V
cal
，然后跳转至步骤S10；
[0021]步骤S92：修正时变系数m和n；
[0022]步骤S93：基于风机控制模型，根据修正后的时变系数m和n的数值、机柜出风温度设定值T
out,set
、蒸发器换热面积A、电子膨胀阀通道面积S、当前的电子膨胀阀开度C和当前的系统运行参数计算风机转速计算值V
cal
，然后跳转至步骤S10；
[0023]步骤S10：将风机转速计算值V
cal
输出至风机，然后重复步骤S2至S6。
[0024]可选地，在所述步骤S5、S91和S93中，所述系统运行参数包括蒸发器进风温度T2、制冷剂蒸发温度T
r
、电子膨胀阀出口制冷剂压力P1、电子膨胀阀进口制冷剂压力P2、蒸发器出口制冷剂焓值h1、蒸发器入口制冷剂焓值h2、电子膨胀阀进口制冷剂密度ρ
in
和电子膨胀阀出口制冷剂比容ν
out
。
[0025]可选地，在所述步骤S5中，根据公式(5)计算蒸发器换热单元换热系数K：
[0026][0027]所述公式(5)中，K为蒸发器换热单元换热系数，T1为机柜出风温度，A为蒸发器换热面积；S为电子膨胀阀通道面积；C为电子膨胀阀开度，其余参数为所述系统运行参数。
[0028]可选地，在所述步骤S91和S93中，所述风机控制模型由公式(8)表示：
[0029][0030]所述公式(8)中，V
cal
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统，包括第一温度传感器(1)、第二温度传感器(2)、第三温度传感器(3)、第四温度传感器(4)、第五温度传感器(5)、第一压力传感器(6)、第二压力传感器(7)、第三压力传感器(8)、蒸发器换热单元、电子膨胀阀(12)和可编程控制器(11)；所述蒸发器换热单元包括蒸发器(9)和风机(10)；第一温度传感器(1)用于测量机柜出风温度；第二温度传感器(2)用于测量蒸发器进风温度；第三温度传感器(3)用于测量蒸发器出口制冷剂温度；第四温度传感器(4)用于测量蒸发器入口制冷剂温度；第五温度传感器(5)用于测量电子膨胀阀入口制冷剂温度；第一压力传感器(6)用于测量蒸发器出口制冷剂压力；第二压力传感器(7)用于测量电子膨胀阀入口制冷剂压力；第三压力传感器(8)用于测量电子膨胀阀出口制冷剂压力；第一温度传感器(1)、第二温度传感器(2)、第三温度传感器(3)、第四温度传感器(4)、第五温度传感器(5)、第一压力传感器(6)、第二压力传感器(7)和第三压力传感器(8)分别与可编程控制器(11)的输入端连接；可编程控制器(11)的输出端分别与电子膨胀阀(12)和风机(10)连接；可编程控制器(11)通过协同控制电子膨胀阀(12)的阀门开度和风机转速，将蒸发器出口制冷剂过热度和机柜出风温度控制在合理范围内。2.如权利要求1所述的用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统，其特征在于：电子膨胀阀(12)安装在蒸发器(9)入口处；第一温度传感器(1)安装在蒸发器(9)出风口处；第二温度传感器(2)安装在蒸发器(9)进风口处；第三温度传感器(3)和第一压力传感器(6)分别安装在蒸发器(9)出口处；第四温度传感器(4)安装在蒸发器(9)入口处；第五温度传感器(5)和第二压力传感器(7)分别安装在电子膨胀阀(12)入口处；第三压力传感器(8)安装在电子膨胀阀(12)出口处。3.一种用于数据中心机柜级供冷末端的控制方法，所述控制方法基于如权利要求1或2所述的用于数据中心机柜级供冷末端的控制系统，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤S1：根据具体应用场景的实际需求设置并存储所述控制系统的初始值，所述初始值包括：风机转速初始值V
start
、时变系数m和n的初始值、机柜出风温度设定值T
out,set
、控温精度设定值T
p,set
、蒸发器出口制冷剂过热度设定值SH
set
、蒸发器换热面积A和电子膨胀阀通道面积S；步骤S2：计算蒸发器出口制冷剂过热度测量值SH
sensor
；步骤S3：基于电子膨胀阀控制模型，根据蒸发器出口制冷剂过热度设定值SH
set
和蒸发器出口制冷剂过热度测量值SH
sensor
，计算电子膨胀阀开度C；步骤S4：将电子膨胀阀开度C输出至电子膨胀阀(12)；步骤S5：计算蒸发器换热单元换热系数K，并存储当前的蒸发器换热单元换热系数K和当前的风机转速；步骤S6：判断机柜出风温度T1是否在控温范围内；如果是，则跳转到步骤S7；如果否，则跳转到步骤S9；步骤S7：保持当前的风机转速；步骤S8：检测是否收到结束控制的指令；如果收到，则结束控制；如果未收到，则重复步骤S2至S6；步骤S9：判断是否是第一次计算风机转速计算值V
cal
；如果是，则跳转到步骤S91；如果
否，则跳转到步骤S92；步骤S91：基于风机控制模型，根据时变系数m和n的初始值、机柜出风温度设定值T
out,set
、蒸发器换热面积A、电子膨胀阀通道面积S、当前的电子膨胀阀开度C和当前的系统运行参数计算风机转速计算值V
cal
，然后跳转至步骤S10；步骤S92：修正时变系数m和n；步骤S93：基于风机控制模型，根据修正后的时变系数m和n的数值、机柜出风温度设定值T
out,set
、蒸发器换热面积A、电子膨胀阀通道面积S、当前的电子膨胀阀开度C和当前的系统运行参数计算风机转速计算值V<...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩宗伟，王清海，李孟怡，张策，历秀明，董家祥，郑保力，
申请(专利权)人：沈阳群贺新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：