高效機房目前幾種全局節能優化控制算法

技術路線的分享和探討企業簡介高效機房節能控制需求簡述高效機房節能控制方式發展

代系簡述高效機房全局節能控制算法發展簡述目錄03華虹

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TCL0進GCL大吧搏儒偉BIEL伯思光學AMTCnS-MEO50UARPOWLR瑞聲科技AACTECHNOLocies豐樹上海電子工程設計研究院有限公司成立于1964年，六十年來，

一直專注于為電子行業工程建設提供工程咨詢、規劃設計、項目管理、工程總承包和數字化運維服務

,具有豐富的行業經驗和領先技術，能為行業客戶提供因需而異的工程解決方案。在

半導體行業、光伏電池行業、動力電池行業、現代物流行業、數據中心等領域具有獨

特的技術專長與豐富的經驗，贏得了眾多優質的客戶。2020年，數字化業務全資子公司上海北極光在臨港Al板塊注冊成立，主營業務有數字化工廠咨詢、數字化設計、數字化運維、數字孿生平臺、節能優化算法、Al算法、數字化工廠中臺、能源管理系統等。地址：中國上海市虹口區

赤峰路433號7樓郵編Zip

Code:200083電話Tel址：www.se1

企業簡介Anbaba深g深愛華星光電C50T寧德時代諾思微系統Aur冷卻塔臺數啟停控制(風機和水路)風機變頻控制空調箱啟?？刂?/p>

(風機和水路)

風機變頻控制地冷凍水泵臺數啟?？刂?/p>

水泵變頻控制先從高效制冷機房的全局節能控制抓起，再擴展到末端和管路，實現整個空調系統的全局節能控制!

先了解高效機房主要設備的節能控制需求，再謀求以全局能效最高為目標的優化控制!高效機房--實施范圍

高效機房--主要設備節能控制需求2高效機房節能控制需求簡述冷卻水泵臺數啟?？刂?/p>

水泵變頻控制冷機臺數啟?？刂?/p>

供水溫度再設CoolingTowersPumpsChillers1.從手動控制發展到自動控制；2.從固定頻率發展到變頻控制；3.從固定目標值變頻發展到優化目標值變頻；4

.

從局部節能控制發展到全局節能控制；5

.

從仿真尋優控制發展到與Al

算法相結合的極限節能控制!第5代3高效機房節能控制方式發展代系簡述5AI+預測未來負荷模擬未來優化調度策略安裝變頻器，依據設定目標

值自動調節頻率(PID

調

節

)

,

但設定目標值一般為固定值依據未來負荷預測和第4代全

局優化策略，給出未來72h的

調控策略和調度策略(MPC)設定目標值依據系統冷負荷和天氣自動調整，滿足實時全局優化需求目標值全局優化再設

PID自動調頻1手動調整運行臺數

手動設置頻率沒有變頻器，只有臺數調節

安裝變頻器，手動設置頻率第1代

第2代固定目標值

PID自動調頻第4代第3代4高效機房全局節能控制算法發展簡述

-全局節能控制的必要性

SEEDRI傳統控制策略主要是孤立的調控單個設備的節能運行，沒有考慮系統全局是否節能!比如冷卻塔降頻

冷卻塔能耗降低，冷機能耗反而升高，所以整體能耗卻未必降低。需要從系統全局能效角度來做調控!(1)傳統控制：各自為政，只關注單個設備的控制及節能

(2)實際各設備間能效相互影響--存在整體節能點定頻離心機和冷卻塔整體尋優示意圖—

chllechille+towetowe出塔水溫(9空調箱啟?？刂?風機和水路)風機變頻控制冷凍水泵臺數啟停控制水泵變頻控制冷卻水泵臺數啟?？刂?/p>

水泵變頻控制冷機臺數啟?？刂?/p>

供水溫度再設冷卻塔臺數啟停控制

(風機和水路)風機變頻控制CoolingTowersPumpsChilers列

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e○熱回收B類冷機制制熱開機出數()O

熱回收B類凈機制冷開機白數()2,0001,5001,000500電子廠制冷機房同時供應低溫冷凍水中溫冷凍水和低溫熱水，系統比較復雜!能效相互影響!

節能調控參數不易得出，需基于系統整體能效進行科學計算才可指導全局節能調控參數的調控!4高效機房全局節能控制算法發展簡述

全局節能的一種實現方式

●室外濕球溫度等天氣參數●

低溫冷負荷與水溫設計

中溫冷負荷與水溫●參數的安全運行邊界限制●

冷機等設備模型運行數據●

峰谷平電價等能源單價●

FMCS系統相關聯的數據●設備銘牌參數●管路阻力參數

●…●●原理：建立冷機、水泵、冷卻塔等設備模

型，建立系統熱傳遞等暖通原理計算流程，

遍歷計算所有可能的控制參數組合下的系

統總能耗，找到能耗最低的那個組合!和網m

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4和水系功w

-

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練水樂功N

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開F得出當前冷負荷工況下

開哪些設備?運行多大頻率?整體效率最高!基于高精度“仿真遍歷尋優”的電子廠“三負荷空調系統”節能優化算

法

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小和和ero-nan參數

熱負荷與水溫19242119769419522010092021392027204202050452065420702920791200892099821145212334218242161.d8219462225226152050通過建模仿真尋優的方式來做全局節能優化，暖通原理說的通，但關鍵是如何保證冷機冷卻塔等設備模型和

項目上實際運行的數據

一

致!因此，我們提出“三個全工況校核

”和三個高精度設備模型策略!強化學習就是機器學習的升級版，就

是它不信那個節能經驗豐富的師傅運

行下來的數據是最節能的，它非要試

試其他的可能，看看附近的其他選擇

是不是更節能，如果更節能就更新，以后執行更節能的，如果沒有更節能，就繼續執行之前學習到的!這樣可彌補仿真尋優算法的少量不足，也可彌補實際運行數據的不足，進一步逼近系統節能極限。04強化學習算法基于數據訓練&自尋優03基于數據訓練Al機器學習算法用于節能控制02基于仿真尋優計算結果

整理近最佳優化曲線公式出k

一

aINF8i

15EHIM1E基于實際運行數據、設備全工況性

能數據和高精度設備模型，建立高

保證度的設備模型，帶入仿真尋優

軟件，計算各種控制參數組合下的

系統能耗，找到滿足當前負荷工況

下的系統能耗最低的控制參數組合，

下發給自控系統，修改控制目標值，

再基于控制系統的前饋或反饋控制

策略進行設備臺數和運行頻率的調

整，以實現系統能效最佳化運行!兩個完全相同的機房，一個交給節能經驗豐富的師傅運行一

年

，EER5.0;一個交給沒有節能經驗的師傅運行一

年

，EER3.0;兩個數據訓練AI,哪個效果好?無法突破訓練數據中的最高運行水平!

純粹靠運行數據來訓練，數據積累周

期長，且只有部分工況數據；可以和仿真尋優數據結合，來縮短數

據積累周期，并擴展全工況數據?；?1步驟，對全工況狀態變量(負荷&天氣數據的遍歷組合矩

陣)逐個進行遍歷尋優計算，計

算出每個狀態變量下的最佳控制

參數組合，然后整理出最佳控制

參數的變化規律，將規律回歸成

曲線公式，將公式寫入PLC,由

PLC基于實時負荷來計算最佳控

制參數，并下發給既有控制器來控制。4高效機房全局節能控制算法發展簡述

全局節能的其他實現方式01

基于仿真尋優軟件實時優化計算實時下發

2動作變量全工況校核am

9

解K

3狀態變量的全工況校核冷卻項變疑最住控制遙近度擬合公式校核55指33日05

p

—idramu04全工況動作變量即：

在合理的頻率范圍

和運行臺數范圍內，

把所有可能的頻率

和臺數等控制參數

組合都遍歷計算一遍

，真正找到系統

能耗最低的控制參

數!突破既有運行

工況范圍的限制!1.對所有的負荷和天

氣工況，逐個進行遍

歷尋優，找到每個工

況的最佳控制參數組

合。2.然后查看最佳

控制參數的變化規律

和波動范圍是不是合

理安全，做到提前把控，

而不是無從把控!3.這也是對仿真尋優軟

件好壞的一次極限拉

練，校核是不是所有

工況都能算!都算了!優化參數有效下發自控系統：優化參數下發PLC控制器，然后修改既有控制目標值，再基于既有前饋控制和反饋控制等PLC

控制邏輯調整設備的運行臺數和運行頻率，以實現系統全局節能控制01

e采用基于"機

理計算和實驗

數據"而得出

的廠測"設備

全工況性能數

據矩陣”。比如冷機廠家提供

的在不同PLR

和DT下的全工況COP數據回歸計算

-(….Pe

xcel文

檔

模R2:0.99820936|rsme:0.1107上傳得參數采用高精度設備

數學模型來擬合

數

據

。比如擬合后，R2趨近于1,RSME

趨近于0通過三個全工況校核和三個高精度設備模型策略等組成的完備技術保障體系，來保障節能&安全運行，滿足電

子

廠

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調

系

統

"

節

能

安

全

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行

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特

殊

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求

"

!+ine采用實際運行數

據對前述設備模

型進行綜合修正，

保證模型的全工

況數據均"貼近

實際運行數據”4

--01仿真計算尋優----三個全工況校核和三個高精度設備模型策略1設備性能數據的全工況校核三個高精度設備模型策略調節

。變賴離心機變工RCOPWM全工況數黏圖假設全工況狀態變量有一萬個冷負荷和天氣工況，每個狀態工況都會有一個最佳控制參數組合，那么就有一萬個冷卻塔

最佳頻率，將這些頻率按照一定順序生成曲線圖，即可查看最佳冷卻塔頻率的變化規律和波動范圍，提前預判其合理性!01仿真計算尋優----狀態變量的全工況校核4--既然已經做了全狀態變量下的最佳控制參數的趨勢校核，也發現了規律，那么我們可以把這些規律整理回歸

成相應的曲線公式，將節能控制參數和安全校核結果通過“近最佳控制曲線公式”這個載體來做節能執行!4高效機房全局節能控制算法發展簡述

全局節能的其他實現方式

強化學習就是機器學習的升級版，就

是它不信那個節能經驗豐富的師傅運

行下來的數據是最節能的，它非要試

試其他的可能，看看附近的其他選擇

是不是更節能，如果更節能就更新，以后執行更節能的，如果沒有更節能，就繼續執行之前學習到的!這樣可彌補仿真尋優算法的少量不足，也可彌補實際運行數據的不足，進一步逼近系統節能極限。04強化學習算法基于數據訓練&自尋優03基于數據訓練Al機器學習算法用于節能控制02基于仿真尋優計算結果

整理近最佳優化曲線公式出k

一

aINF8i

15EHIM1E基于實際運行數據、設備全工況性

能數據和高精度設備模型，建立高

保證度的設備模型，帶入仿真尋優

軟件，計算各種控制參數組合下的

系統能耗，找到滿足當前負荷工況

下的系統能耗最低的控制參數組合，

下發給自控系統，修改控制目標值，

再基于控制系統的前饋或反饋控制

策略進行設備臺數和運行頻率的調

整，以實現系統能效最佳化運行!兩個完全相同的機房，一個交給節能經驗豐富的師傅運行一

年

，EER5.0;一個交給沒有節能經驗的師傅運行一

年

，EER3.0;兩個數據訓練AI,哪個效果好?無法突破訓練數據中的最高運行水平!

純粹靠運行數據來訓練，數據積累周

期長，且只有部分工況數據；可以和仿真尋優數據結合，來縮短數

據積累周期，并擴展全工況數據?；?1步驟，對全工況狀態變量(負荷&天氣數據的遍歷組合矩

陣)逐個進行遍歷尋優計算，計

算出每個狀態變量下的最佳控制

參數組合，然后整理出最佳控制

參數的變化規律，將規律回歸成

曲線公式，將公式寫入PLC,由

PLC基于實時負荷來計算最佳控

制參數，并下發給既有控制器來控制。01基于仿真尋優軟件實時優化計算實時下發

將最佳運行參數擬合為近最佳控制曲線用于PLC控

制

系

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-

-

-

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冷

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率5045403530252015冷卻水溫差等其他控制參數也有其近最佳控制曲線公式日

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8

8模擬最佳冷卻搭風機頻率，

—近最佳曲線擬合風機頻率

本質上都是一

種

規

律表達式將最佳控制參數矩陣以曲線公式的方式寫入PLC,PLC

將當前冷負荷和天氣數據帶入曲線公式，即可計算出

相應的最佳控制參數，然后下發修改既有控制目標值，基于PLC既有自控邏輯實現臺數和頻率的調節。To

OPTIML-NEAR-CPTIMALHiaHWETBULB.zreLowwETBUB,tecs0.0

02

1.0《ASHRAEHandbook》一

書中提到，Braun

在1990年提出一種近最佳控制曲線的方式，依據供冷量的比例來動態調節冷卻塔的風量，

以滿足冷機和冷卻塔整體能耗最佳運行。4--02近最佳優化曲線--回歸后的近最佳控制曲線ratte1OuputWotolaputlop

da

synOapatto三三

杰h三然

：現在通過仿真尋優軟件助力路徑實現--助力精度升級0.4

06

08RELATIVE

CHLED-wreLOADmachine

learningunsupervised

learningreinforcement

learning0piedTwETowtnApFL0wsupervisedlearningwa2二107F各個技術路線都有其優缺點，可以將多個算法進行綜合利用，實現實現互補，以助力節能安全運行!所以，我們提倡AI

尋優算法不要孤立存在，要和仿真尋優算法相結合運用!4高效機房全局節能控制算法發展簡述

-全局節能的其他實現方式

強化學習就是機器學習的升級版，就

是它不信那個節能經驗豐富的師傅運

行下來的數據是最節能的，它非要試

試其他的可能，看看附近的其他選擇

是不是更節能，如果更節能就更新，以后執行更節能的，如果沒有更節能，就繼續執行之前學習到的!這樣可彌補仿真尋優算法的少量不足，也可彌補實際運行數據的不足，進一步逼近系統節能極限。04強化學習算法基于數據訓練&自尋優03基于數據訓練Al機器學習算法用于節能控制02基于仿真尋優計算結果

整理近最佳優化曲線公式出k

一

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15EHIM1E兩個完全相同的機房，一個交給節能經驗豐富的師傅運行一

年

，EER5.0;一個交給沒有節能經驗的師傅運行一

年

，EER3.0;兩個數據訓練AI,哪個效果好?無法突破訓練數據中的最高運行水平!

純粹靠運行數據來訓練，數據積累周

期長，且只有部分工況數據；可以和仿真尋優數據結合，來縮短數

據積累周期，并擴展全工況數據。基于實際運行數據、設備全工況性

能數據和高精度設備模型，建立高

保證度的設備模型，帶入仿真尋優

軟件，計算各種控制參數組合下的

系統能耗，找到滿足當前負荷工況

下的系統能耗最低的控制參數組合，

下發給自控系統，修改控制目標值，

再基于控制系統的前饋或反饋控制

策略進行設備臺數和運行頻率的調

整，以實現系統能效最佳化運行!基于01步驟，對全工況狀態變量(負荷&天氣數據的遍歷組合矩

陣)逐個進行遍歷尋優計算，計

算出每個狀態變量下的最佳控制

參數組合，然后整理出最佳控制

參數的變化規律，將規律回歸成

曲線公式，將公式寫入PLC,由

PLC基于實時負荷來計算最佳控

制參數，并下發給既有控制器來控制。01基于仿真尋優軟件實時優化計算實時下發

仿真尋優算法