数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质

技术特征：
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
ρ
air
c
p,air
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；为热通道空间体积；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。6.根据权利要求1所述的数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质，其特征在于：所述建立it设备和空调设备的能耗模型具体为：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：式中，p
idle
为it设备静态功率，a0,b0,c0为常数；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：的函数，满足如下关系式：式中，为t时刻空调设备功率，cop
hvac
为空调设备性能系数，系数越高说明空调能效越好，为t时刻空调送风温度。7.根据权利要求1所述的数据中心需求响应优化方法、装置、设备及存储介质，其特征
在于：所述对混合整数线性规划问题进行求解具体为：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，具体包括：min(c
el
c
qos
))式中，c
el
为数据中心总体运行成本，c
qos
为客户服务质量惩罚成本，t为整个调度周期长度，f(t)为t时刻的电价，c1为数据中心负荷削减的惩罚系数，为t时刻数据中心负荷削减量，c2为数据中心负荷时间迁移的惩罚系数，为t时刻数据中心负荷迁移量；构建数据中心综合约束条件，具体包括：交互式网络负载最大响应时间约束：交互式网络负载最大响应时间约束：式中，为t时刻到达的网络负载等待处理的时间，为t时刻处理单位网络负载所需的时间，μ为it设备单位时间可以处理的网络负载数量，d为满足用户服务质量要求的最大延时时间；批处理式网络负载最大响应时间约束：理式网络负载最大响应时间约束：式中，为t时刻l类型的批处理负载队列的长度，为t时刻到达的l类型的批处理负载，为t时刻正在处理的l类型的批处理负载，λ
l
为l类型批处理工作负载的处理截止时刻。空调送风温度约束：式中，分别为空调送风温度出力上下限。it设备温度约束：式中，为it设备正常运行的温度上限。it设备入口气流温度范围约束：
式中，为it设备进口温度下限，为it设备进口温度上限。8.一种数据中心需求响应优化装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于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；分类模块，用于根据数据中心网络负载的特征对网络负载进行分类；建模模块，用于根据数据中心内设备的换热耦合关系和数据中心it设备和空调设备的运行特性，得到数据中心热力学模型和it设备和空调设备的能耗模型；约束条件模块，用于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；其中，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；线性化模块，用于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；求解模块，用于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。9.一种设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，是实现权利要求1-7任一项所述的数据中心需求响应优化方法。10.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任一项所述的数据中心需求响应优化方法。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：徐青山 马振珲 杨永标
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.09.06
技术公布日：2022/12/5