高效机房目前几种全局节能优化控制算法技术路线的分享和探讨

高效机房目前几种全局节能优化控制算法

技术路线的分享和探讨企业简介高效机房节能控制需求简述高效机房节能控制方式发展

代系简述高效机房全局节能控制算法发展简述目录03华虹

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TCL0进GCL大吧搏儒伟BIEL伯思光学AMTCnS-MEO50UARPOWLR瑞声科技AACTECHNOLocies丰树上海电子工程设计研究院有限公司成立于1964年，六十年来，

一直专注于为电子行业工程建设提供工程咨询、规划设计、项目管理、工程总承包和数字化运维服务

,具有丰富的行业经验和领先技术，能为行业客户提供因需而异的工程解决方案。在

半导体行业、光伏电池行业、动力电池行业、现代物流行业、数据中心等领域具有独

特的技术专长与丰富的经验，赢得了众多优质的客户。2020年，数字化业务全资子公司上海北极光在临港Al板块注册成立，主营业务有数字化工厂咨询、数字化设计、数字化运维、数字孪生平台、节能优化算法、Al算法、数字化工厂中台、能源管理系统等。地址：中国上海市虹口区

赤峰路433号7楼邮编Zip

Code:200083电话Tel址：www.se1

企业简介Anbaba深g深爱华星光电C50T宁德时代诺思微系统Aur冷却塔台数启停控制(风机和水路)风机变频控制空调箱启停控制

(风机和水路)

风机变频控制地冷冻水泵台数启停控制

水泵变频控制先从高效制冷机房的全局节能控制抓起，再扩展到末端和管路，实现整个空调系统的全局节能控制!

先了解高效机房主要设备的节能控制需求，再谋求以全局能效最高为目标的优化控制!高效机房--实施范围

高效机房--主要设备节能控制需求2高效机房节能控制需求简述冷却水泵台数启停控制

水泵变频控制冷机台数启停控制

供水温度再设CoolingTowersPumpsChillers1.从手动控制发展到自动控制；2.从固定频率发展到变频控制；3.从固定目标值变频发展到优化目标值变频；4

.

从局部节能控制发展到全局节能控制；5

.

从仿真寻优控制发展到与Al

算法相结合的极限节能控制!第5代3高效机房节能控制方式发展代系简述5AI+预测未来负荷模拟未来优化调度策略安装变频器，依据设定目标

值自动调节频率(PID

调

节

)

,

但设定目标值一般为固定值依据未来负荷预测和第4代全

局优化策略，给出未来72h的

调控策略和调度策略(MPC)设定目标值依据系统冷负荷和天气自动调整，满足实时全局优化需求目标值全局优化再设

PID自动调频1手动调整运行台数

手动设置频率没有变频器，只有台数调节

安装变频器，手动设置频率第1代

第2代固定目标值

PID自动调频第4代第3代4高效机房全局节能控制算法发展简述

-全局节能控制的必要性

SEEDRI传统控制策略主要是孤立的调控单个设备的节能运行，没有考虑系统全局是否节能!比如冷却塔降频

冷却塔能耗降低，冷机能耗反而升高，所以整体能耗却未必降低。需要从系统全局能效角度来做调控!(1)传统控制：各自为政，只关注单个设备的控制及节能

(2)实际各设备间能效相互影响--存在整体节能点定频离心机和冷却塔整体寻优示意图—

chllechille+towetowe出塔水温(9空调箱启停控制(风机和水路)风机变频控制冷冻水泵台数启停控制水泵变频控制冷却水泵台数启停控制

水泵变频控制冷机台数启停控制

供水温度再设冷却塔台数启停控制

(风机和水路)风机变频控制CoolingTowersPumpsChilers列

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图表

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e○热回收B类冷机制制热开机出数()O

热回收B类净机制冷开机白数()2,0001,5001,000500电子厂制冷机房同时供应低温冷冻水中温冷冻水和低温热水，系统比较复杂!能效相互影响!

节能调控参数不易得出，需基于系统整体能效进行科学计算才可指导全局节能调控参数的调控!4高效机房全局节能控制算法发展简述

全局节能的一种实现方式

●室外湿球温度等天气参数●

低温冷负荷与水温设计

中温冷负荷与水温●参数的安全运行边界限制●

冷机等设备模型运行数据●

峰谷平电价等能源单价●

FMCS系统相关联的数据●设备铭牌参数●管路阻力参数

●…●●原理：建立冷机、水泵、冷却塔等设备模

型，建立系统热传递等暖通原理计算流程，

遍历计算所有可能的控制参数组合下的系

统总能耗，找到能耗最低的那个组合!和网m

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4和水系功w

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开F得出当前冷负荷工况下

开哪些设备?运行多大频率?整体效率最高!基于高精度“仿真遍历寻优”的电子厂“三负荷空调系统”节能优化算

法

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热负荷与水温19242119769419522010092021392027204202050452065420702920791200892099821145212334218242161.d8219462225226152050通过建模仿真寻优的方式来做全局节能优化，暖通原理说的通，但关键是如何保证冷机冷却塔等设备模型和

项目上实际运行的数据

一

致!因此，我们提出“三个全工况校核

”和三个高精度设备模型策略!强化学习就是机器学习的升级版，就

是它不信那个节能经验丰富的师傅运

行下来的数据是最节能的，它非要试

试其他的可能，看看附近的其他选择

是不是更节能，如果更节能就更新，以后执行更节能的，如果没有更节能，就继续执行之前学习到的!这样可弥补仿真寻优算法的少量不足，也可弥补实际运行数据的不足，进一步逼近系统节能极限。04强化学习算法基于数据训练&自寻优03基于数据训练Al机器学习算法用于节能控制02基于仿真寻优计算结果

整理近最佳优化曲线公式出k

一

aINF8i

15EHIM1E基于实际运行数据、设备全工况性

能数据和高精度设备模型，建立高

保证度的设备模型，带入仿真寻优

软件，计算各种控制参数组合下的

系统能耗，找到满足当前负荷工况

下的系统能耗最低的控制参数组合，

下发给自控系统，修改控制目标值，

再基于控制系统的前馈或反馈控制

策略进行设备台数和运行频率的调

整，以实现系统能效最佳化运行!两个完全相同的机房，一个交给节能经验丰富的师傅运行一

年

，EER5.0;一个交给没有节能经验的师傅运行一

年

，EER3.0;两个数据训练AI,哪个效果好?无法突破训练数据中的最高运行水平!

纯粹靠运行数据来训练，数据积累周

期长，且只有部分工况数据；可以和仿真寻优数据结合，来缩短数

据积累周期，并扩展全工况数据。基于01步骤，对全工况状态变量(负荷&天气数据的遍历组合矩

阵)逐个进行遍历寻优计算，计

算出每个状态变量下的最佳控制

参数组合，然后整理出最佳控制

参数的变化规律，将规律回归成

曲线公式，将公式写入PLC,由

PLC基于实时负荷来计算最佳控

制参数，并下发给既有控制器来控制。4高效机房全局节能控制算法发展简述

全局节能的其他实现方式01

基于仿真寻优软件实时优化计算实时下发

2动作变量全工况校核am

9

解K

3状态变量的全工况校核冷却项变疑最住控制遥近度拟合公式校核55指33日05

p

—idramu04全工况动作变量即：

在合理的频率范围

和运行台数范围内，

把所有可能的频率

和台数等控制参数

组合都遍历计算一遍

，真正找到系统

能耗最低的控制参

数!突破既有运行

工况范围的限制!1.对所有的负荷和天

气工况，逐个进行遍

历寻优，找到每个工

况的最佳控制参数组

合。2.然后查看最佳

控制参数的变化规律

和波动范围是不是合

理安全，做到提前把控，

而不是无从把控!3.这也是对仿真寻优软

件好坏的一次极限拉

练，校核是不是所有

工况都能算!都算了!优化参数有效下发自控系统：优化参数下发PLC控制器，然后修改既有控制目标值，再基于既有前馈控制和反馈控制等PLC

控制逻辑调整设备的运行台数和运行频率，以实现系统全局节能控制01

e采用基于"机

理计算和实验

数据"而得出

的厂测"设备

全工况性能数

据矩阵”。比如冷机厂家提供

的在不同PLR

和DT下的全工况COP数据回归计算

-(….Pe

xcel文

档

模R2:0.99820936|rsme:0.1107上传得参数采用高精度设备

数学模型来拟合

数

据

。比如拟合后，R²趋近于1,RSME

趋近于0通过三个全工况校核和三个高精度设备模型策略等组成的完备技术保障体系，来保障节能&安全运行，满足电

子

厂

空

调

系

统

"

节

能

安

全

稳

定

运

行

的

特

殊

需

求

"

!+ine采用实际运行数

据对前述设备模

型进行综合修正，

保证模型的全工

况数据均"贴近

实际运行数据”4

--01仿真计算寻优----三个全工况校核和三个高精度设备模型策略1设备性能数据的全工况校核三个高精度设备模型策略调节

。变赖离心机变工RCOPWM全工况数黏图假设全工况状态变量有一万个冷负荷和天气工况，每个状态工况都会有一个最佳控制参数组合，那么就有一万个冷却塔

最佳频率，将这些频率按照一定顺序生成曲线图，即可查看最佳冷却塔频率的变化规律和波动范围，提前预判其合理性!01仿真计算寻优----状态变量的全工况校核4--既然已经做了全状态变量下的最佳控制参数的趋势校核，也发现了规律，那么我们可以把这些规律整理回归

成相应的曲线公式，将节能控制参数和安全校核结果通过“近最佳控制曲线公式”这个载体来做节能执行!4高效机房全局节能控制算法发展简述

全局节能的其他实现方式

强化学习就是机器学习的升级版，就

是它不信那个节能经验丰富的师傅运

行下来的数据是最节能的，它非要试

试其他的可能，看看附近的其他选择

是不是更节能，如果更节能就更新，以后执行更节能的，如果没有更节能，就继续执行之前学习到的!这样可弥补仿真寻优算法的少量不足，也可弥补实际运行数据的不足，进一步逼近系统节能极限。04强化学习算法基于数据训练&自寻优03基于数据训练Al机器学习算法用于节能控制02基于仿真寻优计算结果

整理近最佳优化曲线公式出k

一

aINF8i

15EHIM1E基于实际运行数据、设备全工况性

能数据和高精度设备模型，建立高

保证度的设备模型，带入仿真寻优

软件，计算各种控制参数组合下的

系统能耗，找到满足当前负荷工况

下的系统能耗最低的控制参数组合，

下发给自控系统，修改控制目标值，

再基于控制系统的前馈或反馈控制

策略进行设备台数和运行频率的调

整，以实现系统能效最佳化运行!两个完全相同的机房，一个交给节能经验丰富的师傅运行一

年

，EER5.0;一个交给没有节能经验的师傅运行一

年

，EER3.0;两个数据训练AI,哪个效果好?无法突破训练数据中的最高运行水平!

纯粹靠运行数据来训练，数据积累周

期长，且只有部分工况数据；可以和仿真寻优数据结合，来缩短数

据积累周期，并扩展全工况数据。基于01步骤，对全工况状态变量(负荷&天气数据的遍历组合矩

阵)逐个进行遍历寻优计算，计

算出每个状态变量下的最佳控制

参数组合，然后整理出最佳控制

参数的变化规律，将规律回归成

曲线公式，将公式写入PLC,由

PLC基于实时负荷来计算最佳控

制参数，并下发给既有控制器来控制。01基于仿真寻优软件实时优化计算实时下发

将最佳运行参数拟合为近最佳控制曲线用于PLC控

制

系

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-

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率5045403530252015冷却水温差等其他控制参数也有其近最佳控制曲线公式日

2日

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品

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日

日

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品

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8

8模拟最佳冷却搭风机频率，

—近最佳曲线拟合风机频率

本质上都是一

种

规

律表达式将最佳控制参数矩阵以曲线公式的方式写入PLC,PLC

将当前冷负荷和天气数据带入曲线公式，即可计算出

相应的最佳控制参数，然后下发修改既有控制目标值，基于PLC既有自控逻辑实现台数和频率的调节。To

OPTIML-NEAR-CPTIMALHiaHWETBULB.zreLowwETBUB,tecs0.0

02

1.0《ASHRAEHandbook》一

书中提到，Braun

在1990年提出一种近最佳控制曲线的方式，依据供冷量的比例来动态调节冷却塔的风量，

以满足冷机和冷却塔整体能耗最佳运行。4--02近最佳优化曲线--回归后的近最佳控制曲线ratte1OuputWotolaputlop

da

synOapatto三三

杰h三然

：现在通过仿真寻优软件助力路径实现--助力精度升级0.4

06

08RELATIVE

CHLED-wreLOADmachine

learningunsupervised

learningreinforcement

learning0piedTwETowtnApFL0wsupervisedlearningwa2二107F各个技术路线都有其优缺点，可以将多个算法进行综合利用，实现实现互补，以助力节能安全运行!所以，我们提倡AI

寻优算法不要孤立存在，要和仿真寻优算法相结合运用!4高效机房全局节能控制算法发展简述

-全局节能的其他实现方式

强化学习就是机器学习的升级版，就

是它不信那个节能经验丰富的师傅运

行下来的数据是最节能的，它非要试

试其他的可能，看看附近的其他选择

是不是更节能，如果更节能就更新，以后执行更节能的，如果没有更节能，就继续执行之前学习到的!这样可弥补仿真寻优算法的少量不足，也可弥补实际运行数据的不足，进一步逼近系统节能极限。04强化学习算法基于数据训练&自寻优03基于数据训练Al机器学习算法用于节能控制02基于仿真寻优计算结果

整理近最佳优化曲线公式出k

一

aINF8i

15EHIM1E两个完全相同的机房，一个交给节能经验丰富的师傅运行一

年

，EER5.0;一个交给没有节能经验的师傅运行一

年

，EER3.0;两个数据训练AI,哪个效果好?无法突破训练数据中的最高运行水平!

纯粹靠运行数据来训练，数据积累周

期长，且只有部分工况数据；可以和仿真寻优数据结合，来缩短数

据积累周期，并扩展全工况数据。基于实际运行数据、设备全工况性

能数据和高精度设备模型，建立高

保证度的设备模型，带入仿真寻优

软件，计算各种控制参数组合下的

系统能耗，找到满足当前负荷工况

下的系统能耗最低的控制参数组合，

下发给自控系统，修改控制目标值，

再基于控制系统的前馈或反馈控制

策略进行设备台数和运行频率的调

整，以实现系统能效最佳化运行!基于01步骤，对全工况状态变量(负荷&天气数据的遍历组合矩

阵)逐个进行遍历寻优计算，计

算出每个状态变量下的最佳控制

参数组合，然后整理出最佳控制

参数的变化规律，将规律回归成

曲线公式，将公式写入PLC,由

PLC基于实时负荷来计算最佳控

制参数，并下发给既有控制器来控制。01基于仿真寻优软件实时优化计算实时下发

仿真寻优算法