CN107504619A - 一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及*** - Google Patents
一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及***，其***包括光纤温度采集模块、环境温度偏差系数模块、功率系数获取模块、温度控制因子模块和反馈控制模块。本发明的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及***，通过光纤温度采集模块对机房内的每个机柜环境温度进行测量，并计算机柜对应的环境温度偏差系数，结合空调的实时功率对空调赋予温度控制因子并进行反馈控制，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡，既实现了针对不同的机柜进行区分控制，有尽可能了降低了机房制冷的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及***。
背景技术
对于数据中心机房，为了保证其中设备正常运行，必须保持其内部环境温度不高于某一阈值(即高温阈值，例如30℃)，但其中各机柜内设置了多台设备，发热量巨大，如不控制温度，温度会持续上升。
为了保持环境温度，需要使用空调对室内进行制冷。通常机房内设置多台空调，分别与一组或多组机柜对应部署。在机房内温度快达到设定阈值时(例如低于高温阈值2-3℃)时开始启动空调或加大制冷量，进行制冷。另一方面，如果过度制冷，温度低于一定温度后进行制冷，对设备的运行并不会带来益处，并且增加能耗，所以在温度低于一定温度(低温阈值，例如22℃)时，需要停止空调运行。在低温阈值和启动温度之间，空调保持运行状态。
由于机房内各机柜、各机柜内设备的运行状态不一样，每个机柜周围温度并不一致，机房的温度分布不均匀。在现有技术中，机房内设置的温度传感器数量有限，无法覆盖整个机房，因而无法获知机房的温度分布。如仅根据个别点位的温度，对机房的空调进行运行控制，因此或者在有温度热岛时停止制冷，影响高温区设备的运行；或者为了降低整个区域温度而连续制冷，浪费大量能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法级***。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
依据本发明的一个方面，提供了一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集空调的实时功率，并根据空调i的实时功率计算其在k时刻的功率系数ci(k)；
步骤2：采集机房内每个机柜的实时环境温度值，根据每个机柜的环境温度值和对应的预设标准温度值计算所有机柜对应于空调i在k+1时刻的环境温度偏差系数ri(k+1)；
步骤3：根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算出空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)；
步骤4：根据空调i的温度控制因子ui(k+1)反馈控制空调i在k+1时刻的实时功率，重复上述步骤，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡。
依据本发明的另一个方面，提供了一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，包括光纤温度采集模块、环境温度偏差系数模块、功率系数获取模块、温度控制因子模块和反馈控制模块。
所述光纤温度采集模块布设在机房内外，用于分别检测每个机柜、机柜通道和机房室外的实时环境温度值；所述环境温度偏差系数模块用于根据每个机柜的环境温度值和对应的预设标准温度值计算所有机柜对应于空调i在k+1时刻的环境温度偏差系数ri(k+1)；所述功率系数获取模块用于采集空调的实时功率，并根据空调i的实时功率计算其在k时刻的功率系数ci(k)；所述温度控制因子模块用于根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算出空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)；所述反馈控制模块根据空调i的温度控制因子ui(k+1)反馈控制空调i在k+1时刻的实时功率，使得机柜的环境温度在预设标准温度范围内保持动态平衡。
本发明的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及***，通过所述光纤温度采集模块对机房内的每个机柜环境温度进行测量，并计算机柜对应的环境温度偏差系数，结合空调的实时功率对空调赋予温度控制因子并进行反馈控制，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡，既实现了针对不同的机柜进行区分控制，有尽可能了降低了机房制冷的能耗。
附图说明
图1为本发明的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法流程示意图；
图2为本发明的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，下面将结合图1对本实施例的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法进行详细地介绍。
如图1所示，一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集空调的实时功率，并根据空调i的实时功率计算其在k时刻的功率系数ci(k)；
步骤2：采集机房内每个机柜的实时环境温度值，根据每个机柜的环境温度值和对应的预设标准温度值计算所有机柜对应于空调i在k+1时刻的环境温度偏差系数ri(k+1)；
步骤3：根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算出空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)；
步骤4：根据空调i的温度控制因子ui(k+1)反馈控制空调i在k+1时刻的实时功率，重复上述步骤，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡。
本实施例中，所述步骤1中，计算空调i在k时刻的功率系数的公式为：
其中，Pi(k)为空调i在k时刻的功率，Pimax为空调i的最大功率，且0≤ci(k)≤1。
通过计算空调的功率系数，可以比较准确的获取空调的工作状态，便于后续判断空调的功率系数是否与对应的温度偏差系数ri(k+1)相匹配，并根据匹配状态反馈控制空调的实时功率，有利于对应机柜的温度恒定在预设标准温度处。
本实施例中，所述步骤2中，计算机柜的温度偏差系数ri(k+1)具体包括：
步骤21：根据测量点j的环境温度值计算在k+1时刻测量点j的归一化温度系数vj(k+1)，计算公式如下：
其中，每个机柜对应一个测量点，Mj(k+1)为测量点j在k+1时刻对应的机柜环境温度值，M低为机房的预设低温阈值，M高机房的预设高温阈值；
步骤22：根据各测量点的归一化温度系数vj(k+1)计算k+1时刻所有测量点的初始温度偏差系数ri，0(k+1)，计算公式如下：
其中，di，j为测量点j对应空调i的空调控制因子，N为机柜总数；
步骤23：根据所述初始温度偏差系数ri，0(k+1)计算k+1时刻环境温度偏差系数ri(k+1)，计算公式为：
ri(k+1)＝b1*b2*ri，0(k+1)
其中，每个机柜对应一个测量点，b1为室外环境温度系数，b2为机房通道温度系数。
通过上述步骤可以结合室外环境温度和机房内通道的温度计算出机柜的温度偏差系数ri(k+1)，反映出机柜的环境温度与对应的预设标准温度值之间的偏差程度，便于后续通过PID算法进行反馈控制。
本实施例中，所述步骤3中，计算所述温度控制因子ui(k+1)具体包括：
步骤31：根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算空调i在k+1时刻的温差校正因子ei(k+1)，计算公式为：
ei(k+1)＝ri(k+1)-ci(k)；
步骤32：根据所述温差校正因子ei(k+1)计算空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)。
本实施例中，所述步骤32中计算空调的温度控制因子ui(k+1)的具体实现为：
当ei(k+1)≤-ε时，令ui(k+1)＝-5，控制空调i关闭或以设定的下降幅度降低空调i的功率；
当ei(k+1)≥ε时，令ui(k+1)＝5，控制空调i开启或以设定的上升幅度增加空调i的功率；
当-ε＜ei(k+1)＜ε时，温度控制因子ui(k+1)的计算公式为：
其中，ε为预设温度偏差阈值，kp为PID预设经验系数，△t为采样间隔，m为参与累加的温差校正因子的数量，T1为积分时间常数，T2为微分时间常数，h为k-m到k+1之间的整数，ei(h)表示k-m到k+1时刻之间某个时刻的温差矫正因子。
通过上述方式可以快速的对空调的功率进行反馈控制，使得机房内的温度在较短的时间内到达预设标准温度值附近，并尽可能的降低空调的能耗，绿色体坛，节能环保。这里，参与累加的温差校正因子的数量m具体表示为***的滞后时间内生成的温差校正因子的数量。
比如，当机柜在k+1时刻温度控制因子ei(k+1)≤-ε时，表明机柜的环境温度已经明显达到了预设的标准温度值，此时，可以关闭空调i，或者设定的下降幅度降低空调i的功率，这样，在保证机柜的环境温度在不高于预设标准温度的前提下，尽可能的节约空调的能耗，有效降低用电成本。
当机柜在k+1时刻温度控制因子ei(k+1)≥ε时，表明机柜的环境温度已经明显达不到了预设的标准温度值，此时，需要空调i开启或以设定的上升幅度增加空调i的功率，这样可以快速的使得机柜的环境温度达到预设标准温度值附近，保证机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡。
需要指出的是，本实施例中，在采用不同于上述闭环控制方式的开环控制方式的情况下，即ci(k)＝0时(此时空调仍然工作，且其功率系数也存在，只不过***默认其功率系数为零)，通过公式ei(k+1)＝ri(k+1)-ci(k)同样可以计算出温度控制因子，只不过此时的控制精确度没有上述闭环方式高，控制效果没有上述闭环方式好，并且响应速度偏慢，但是，仍然可以实现机房内温度的动态平衡控制。
实施例二、一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，下面将结合图2对本实施例的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***进行详细地介绍。
如图2所示，一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，包括光纤温度采集模块、环境温度偏差系数模块、功率系数获取模块、温度控制因子模块和反馈控制模块。
所述光纤温度采集模块布设在机房内外，用于分别检测每个机柜、机柜通道和机房室外的实时环境温度值；所述环境温度偏差系数模块用于根据每个机柜的环境温度值和对应的预设标准温度值计算所有机柜对应于空调i在k+1时刻的环境温度偏差系数ri(k+1)；所述功率系数获取模块用于采集空调的实时功率，并根据空调i的实时功率计算其在k时刻的功率系数ci(k)；所述温度控制因子模块用于根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算出空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)；所述反馈控制模块根据空调i的温度控制因子ui(k+1)反馈控制空调i在k+1时刻的实时功率，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡。
本实施例中，所述光纤温度采集模块采用分布式光纤温度测量***DTS,且所述光纤温度测量***中光纤从机房内延伸至室外，并实时检测机房内部和室外温度值。通过所述光纤温度测量***DTS，利用光纤后向拉曼散射的温度效应，可以对光纤所在的温度场进行实时的测量；同时利用光时域反射技术(OTOR)可以对测量点进行精确定位，检测结果非常精确。如DTS2000分布式光纤测温***，可在一条2km长的光纤上实时监测2000个测址点，测温范围达到0-370℃。
在本实施例中，在每个机柜出选取一个测量点，并将该测量点测得的温度值作为该机柜的环境温度值。
本实施例中，所述功率系数获取模块实时采集空调的功率，并根据空调的实施功率和对应的最大功率计算出该空调的功率系数，可以比较准确的获取空调的工作状态，非常方便。
本实施例中，所述环境温度偏差系数模块包括归一化温度系数单元、初始温度偏差系数单元和环境温度偏差系数单元。
其中，所述归一化温度系数根据测量点j的环境温度值计算在k+1时刻测量点j的归一化温度系数vj(k+1)；所述初始温度偏差系数单元用于根据各测量点的归一化温度系数vj(k+1)计算k+1时刻所有测量点j的初始温度偏差系数ri，0(k+1)；所述环境温度偏差系数单元用于根据所述初始温度偏差系数ri，0(k+1)计算k+1时刻环境温度偏差系数ri(k+1)。
通过所述环境温度偏差系数模块可以结合室外环境温度和机房内通道的温度计算出机柜的温度偏差系数ri(k+1)，反映出机柜的环境温度与对应的预设标准温度值之间的偏差程度，便于后续通过PID算法进行反馈控制。
本实施例中，所述温度控制因子模块包括温差校正因子单元和温度控制因子单元。
其中，所述温差校正因子单元根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算空调i在k+1时刻的温差校正因子ei(k+1)；所述温度控制因子单元用于根据所述温差校正因子ei(k+1)计算空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)。
通过所述温度控制因子模块可以反映出在k+1时刻需要对空调i的功率的控制幅度，便于所述反馈控制模块根据所述度控制因子ui(k+1)对空调的功率进行反馈控制。
所述反馈控制模块可以快速的对空调的功率进行反馈控制，使得机房内的温度在较短的时间内到达预设标准温度值附近，并尽可能的降低空调的能耗，绿色体坛，节能环保。
本发明的一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法及***，通过所述光纤温度采集模块对机房内的每个机柜环境温度进行测量，并计算机柜对应的环境温度偏差系数，结合空调的实时功率对空调赋予温度控制因子并进行反馈控制，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡，既实现了针对不同的机柜进行区分控制，有尽可能了降低了机房制冷的能耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集空调i的实时功率，并根据空调i的实时功率计算其在k时刻的功率系数ci(k)；
步骤2：采集机房内每个机柜内的实时环境温度值，根据每个机柜的环境温度值和对应的预设标准温度值计算所有机柜对应于空调i在k+1时刻的环境温度偏差系数ri(k+1)；
步骤3：根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算出空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)；
步骤4：根据空调i的温度控制因子ui(k+1)反馈控制空调i在k+1时刻的实时功率，重复上述步骤，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡。
2.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，其特征在于，所述步骤1中，计算空调i在k时刻的功率系数的公式为：
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<msub>
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</mfrac>
</mrow>
其中，Pi(k)为空调i在k时刻的功率，Pimax为空调i的最大功率，且0≤ci(k)≤1。
3.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，其特征在于，所述步骤2中，计算机柜的温度偏差系数ri(k+1)具体包括：
步骤21：根据测量点j的环境温度值计算在k+1时刻测量点j的归一化温度系数vj(k+1)，计算公式如下：
其中，每个机柜对应一个测量点，Mj(k+1)为测量点j在k+1时刻对应的机柜环境温度值，M低为机房的预设低温阈值，M高机房的预设高温阈值；
步骤22：根据各测量点的归一化温度系数vj(k+1)计算k+1时刻所有测量点的初始温度偏差系数ri，0(k+1)，计算公式如下：
<mrow>
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<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
</mrow>
</msub>
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</mfrac>
</mrow>
其中，di，j为测量点j对应空调i的空调控制因子，N为机柜总数；
步骤23：根据所述初始温度偏差系数ri，0(k+1)计算k+1时刻环境温度偏差系数ri(k+1)，计算公式为：
ri(k+1)＝b1*b2*ri，0(k+1)
其中，每个机柜对应一个测量点，b1为室外环境温度系数，b2为机房通道温度系数。
4.根据权利要求1所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，其特征在于，所述步骤3中，计算所述温度控制因子ui(k+1)具体包括：
步骤31：根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算空调i在k+1时刻的温差校正因子ei(k+1)，计算公式为：
ei(k+1)＝ri(k+1)-ci(k)；
步骤32：根据所述温差校正因子ei(k+1)计算空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)。
5.根据权利要求4所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制方法，其特征在于，所述步骤32中计算空调的温度控制因子ui(k+1)的具体实现为：
当ei(k+1)≤-ε时，令ui(k+1)＝-5，控制空调i关闭或以设定的下降幅度降低空调i的功率；
当ei(k+1)≥ε时，令ui(k+1)＝5，控制空调i开启或以设定的上升幅度增加空调i的功率；
当-ε＜ei(k+1)＜ε时，温度控制因子ui(k+1)的计算公式为：
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<mo>(</mo>
<mi>k</mi>
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<mo>&rsqb;</mo>
<mo>}</mo>
</mrow>
其中，ε为预设温度偏差阈值，kp为PID预设经验系数，△t为采样间隔，m为参与累加的温差校正因子的数量，T1为积分时间常数，T2为微分时间常数，，h为k-m到k+1之间的整数，ei(h)表示k-m到k+1时刻之间某个时刻的温差矫正因子。
6.一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，其特征在于：包括光纤温度采集模块、环境温度偏差系数模块、功率系数获取模块、温度控制因子模块和反馈控制模块；
所述光纤温度采集模块布设在机房内外，用于分别检测每个机柜、机柜通道和机房室外的实时环境温度值；
所述环境温度偏差系数模块用于根据每个机柜的环境温度值和对应的预设标准温度值计算所有机柜对应于空调i在k+1时刻的环境温度偏差系数ri(k+1)；
所述功率系数获取模块用于采集空调的实时功率，并根据空调i的实时功率计算其在k时刻的功率系数ci(k)；
所述温度控制因子模块用于根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算出空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)；
所述反馈控制模块根据空调i的温度控制因子ui(k+1)反馈控制空调i在k+1时刻的实时功率，使得机柜的环境温度在预设标准温度处保持动态平衡。
7.根据权利要求6所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，其特征在于:所述光纤温度采集模块采用分布式光纤温度测量***DTS，且所述光纤温度测量***中光纤从机房内延伸至室外，并实时检测机房内部和室外温度值。
8.根据权利要求6所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，其特征在于:所述环境温度偏差系数模块包括归一化温度系数单元、初始温度偏差系数单元和环境温度偏差系数单元；
所述归一化温度系数根据测量点j的环境温度值计算在k+1时刻测量点j的归一化温度系数vj(k+1)；
所述初始温度偏差系数单元用于根据各测量点的归一化温度系数vj(k+1)计算k+1时刻所有测量点的初始温度偏差系数ri，0(k+1)；
所述环境温度偏差系数单元用于根据所述初始温度偏差系数ri，0(k+1)计算k+1时刻环境温度偏差系数ri(k+1)。
9.根据权利要求6至8任一项所述一种基于分布式光纤温度测量的机房温度控制***，其特征在于:所述温度控制因子模块包括温差校正因子单元和温度控制因子单元；
所述温差校正因子单元根据空调i在k时刻的功率系数ci(k)和作为其作用对象的机柜在k+1时刻的温度偏差系数ri(k+1)计算空调i在k+1时刻的温差校正因子ei(k+1)；
所述温度控制因子单元用于根据所述温差校正因子ei(k+1)计算空调i在k+1时刻的温度控制因子ui(k+1)。
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