Способ адаптивной регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности и стабильности поддержания заданного номинального энергопотребления центром обработки данных, а также сокращение необходимого количества измерений мощности. Согласно способу задают и запоминают значение номинальной усредненной мощности энергопотребления - Р_ном, после чего для момента времени t_i оценивают значение полной усредненной мощности Рⁱ_полн=Рⁱ_в+Рⁱ_и+Рⁱ_д, где Рⁱ_в - энергопотребление вычислительным оборудованием, Рⁱ_и - энергопотребление инженерным оборудованием, Рⁱ_д - энергопотребление дополнительным оборудованием, затем вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔРⁱ=Рⁱ_полн-Р_ном, затем для момента времени t_i+1=t_i+t_п, где t_п - период регулировки нагрузки вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔРⁱ⁺¹=Рⁱ⁺¹_полн-Р_ном, после этого при превышении по модулю значений отклонений |ΔРⁱ|≥ΔР_доп и |ΔРⁱ⁺¹|≥ΔР_доп от заданного допустимого отклонения ΔР_доп вычисляют приращение отклонения и изменяют производительность вычислительного оборудования таким образом, чтобы текущая полная усредненная мощность энергопотребления Р^l+1_полн при отрицательных или положительных значениях ΔРⁱ⁺¹ и соответственно увеличилась или уменьшилась на их значения таким образом, чтобы полная усредненная мощность на следующем периоде Рⁱ⁺²_полн соответствовала номинальной усредненной мощности энергопотребления Р_ном. 3 ил.

 

Способ адаптивной регулировки нагрузки в системах электроснабжения относится к способам оптимизации режимов работы систем электроснабжения и потребителей электроэнергии [МПК H02J 3/06, H02J 13/00].

Из уровня техники известен СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПОТРЕБЛЕНИЯ МОЩНОСТИ [патент Китая №1595757], при котором автоматизированная система управления контролирует потребляемую и генерируемую мощность в энергосетях и при приближении потребляемой мощности к предельному значению генерируемой мощности производит автоматические переключения нагрузки для обеспечения стабильности потребной мощности.

Недостатком данного аналога является невысокая точность и стабильность поддержания заданного уровня потребляемой мощности, поскольку при реализации способа отсутствует планирование потребляемой электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ [патент РФ на изобретение №2212746], характеризующийся тем, что производят измерение энергии на входе к потребителю, контроль режимов работы энергетического оборудования и архивирование их параметров, задание для всех контролируемых параметров необходимых установок и пределов отклонений от данных установок, а затем формируют управляющие сигналы для изменения мощностей генерирующих электростанций в соответствии с выявленными отклонениями.

Недостатком прототипа является отсутствие учета возможного изменения влияния причин, приводящих к отклонению текущего энергопотребления от номинального, на дальнейшее время планирования, что влечет снижение точности и стабильности поддержания номинального энергопотребления, также к недостатку прототипа можно отнести необходимость формирования разветвленной измерительной системы.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и стабильности поддержания заданного номинального энергопотребления центром обработки данных, сокращение необходимого количества измерений мощности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ адаптивной регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных, характеризующийся тем, что производят измерение энергопотребления на входе, задают контролируемые параметры и их отклонения, отличается тем, что задают и запоминают значение номинальной усредненной мощности энергопотребления - Р_ном, после чего для момента времени t_i оценивают значение полной усредненной мощности Рⁱ_полн=Рⁱ_в+Рⁱ_и+Рⁱ_д, где Рⁱ_в - энергопотребление вычислительным оборудованием, Рⁱ_и - энергопотребление инженерным оборудованием, Рⁱ_д - энергопотребление дополнительным оборудованием, затем вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔРⁱ=Рi_полн-Р_ном, затем для момента времени t_i+1=t_i+t_п, где t_п - период регулировки нагрузки вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔРⁱ⁺¹=Рⁱ⁺¹_полн-Р_ном, после этого при превышении по модулю значений отклонений |ΔРⁱ|≥ΔР_дом и |ΔРⁱ⁺¹|≥ΔР_доп от заданного допустимого отклонения ΔР_доп вычисляют приращение отклонения и изменяют производительность вычислительного оборудования таким образом, чтобы текущая полная усредненная мощность энергопотребления Р^l+1_полн при отрицательных или положительных значениях ΔРⁱ⁺¹ и соответственно увеличилась или уменьшилась на их значения таким образом, чтобы полная усредненная мощность на следующем периоде Рⁱ⁺²_полн соответствовала номинальной усредненной мощности энергопотребления Р_ном.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана блок-схема подключения устройства для адаптивной регулировки нагрузки к системе электроснабжения центра обработки данных.

На фиг. 2 показаны эпюры, поясняющие зависимость полной усредненной мощности энергопотребления центром обработки данных, потребляемой мощности инженерным и дополнительным оборудованием от времени при постоянной потребляемой мощности вычислительным оборудованием.

На фиг. 3 показаны эпюры, поясняющие реализацию способа адаптивной регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных.

На фиг. 1 обозначено: 1 - питающий центр, 2 - дополнительное оборудование, 3 - инженерное оборудование, 4 - вычислительное оборудование, 5 - мультиплексор (мультиметр)-регистратор, 6 - блок вычисления полной усредненной мощности, 7 - блок задания и хранения значения периода регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных, 8 - блок задания и хранения значения периода длительности интервала усреднения мощности энергопотребления, 9 - блок вычитания, 10 - блок задания и хранения значения номинальной усредненной мощности энергопотребления, 11 - блок сравнения, 12 - блок задания и хранения значения допустимого отклонения текущей полной усредненной мощности энергопотребления, 13 - блок вычисления приращения отклонения текущей полной усредненной мощности энергопотребления, 14 - блок управления вычислительным оборудованием.

Осуществление изобретения

Способ адаптивной регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных поясняется работой устройства для регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных, которое содержит мультиплексор-регистратор 5, информационный выход которого соединен с блоком вычисления полной усредненной мощности 6, к другим входам которого подключен блок задания и хранения значения периода регулировки нагрузки 7 - t_n, а также блок задания и хранения значения периода длительности интервала усреднения 8 - t_уср. Информационный выход блока 6 подключен к входу блока вычитания 9, к другому входу которого подключен блок задания и хранения значения номинальной усредненной мощности энергопотребления 10 - P_ном. Выход блока вычитания 9 подключен к входу блока сравнения 11, к другому входу которого подключен блок задания и хранения значения допустимого отклонения текущей полной усредненной мощности энергопотребления 12 - ΔР_доп, к управляющему выходу блока сравнения 11 подключен управляющий вход блока управления вычислительным оборудованием 14. Также выход блока вычитания 9 подключен к входу блока вычисления приращения отклонения текущей полной усредненной мощности энергопотреблениия 13, выход которого подключен к информационному входу блока управления вычислительным оборудованием 14, к другим информационным входам которого подключены выходы блока 9 и блока 6.

Центр обработки данных включает вычислительное оборудование 4, инженерное оборудование 3 и дополнительное оборудование 2.

Вычислительное оборудование 4 включает вычислительные сервера и коммуникационное оборудование, при этом усредненная мощность энергопотребления вычислительным оборудованием Р_в зависит от вычислительной нагрузки, устанавливаемой оператором или блоком управления вычислительным оборудованием 14.

Инженерное оборудование 3 включает систему охлаждения вычислительного оборудования, системы кондиционирования и вентиляции серверных помещений, оборудование обеспечения бесперебойного электроснабжения, при этом усредненная мощность энергопотребления инженерным оборудованием 3 зависит от потребляемой мощности вычислительным оборудованием 4 и от температуры окружающего воздуха, которая в свою очередь зависит от времени года и времени суток. График нагрузок инженерного оборудования 3 P_и(t) при постоянной потребляемой мощности вычислительным оборудованием представлен на фиг. 2.

Дополнительное оборудование 2 включает охранно-пожарную сигнализацию, систему газового пожаротушения, системы охранного телевидения и контроля доступа, приборы освещения, а также электрические установки и оборудование, которые использует технический персонал центра обработки данных, при этом усредненная мощность энергопотребления дополнительным оборудованием 2 зависит от времени суток. График нагрузок дополнительного оборудования 2 P_д(t) от времени суток представлен на фиг. 2.

Для приведения устройства в работоспособное состояние мультиплексор-регистратор подключают к фазам питающего центра 1, подключенным к дополнительному оборудованию 2, инженерному оборудованию 3 и вычислительному оборудованию 4 для измерения напряжения и протекающих по ним токов, после этого блок 14 подключают к вычислительному оборудованию 4 с возможностью управления его производительностью.

В блоке задания и хранения значения периода регулировки нагрузки 7 задают значение t_п, которое должно быть больше периода времени, необходимого для перевода инженерного оборудования в установившийся режим работы.

В блоке задания и хранения значения периода длительности интервала усреднения 8 задают значение t_уср, которое должно быть меньшим либо равным t_п.

В блоке задания и хранения номинальной усредненной мощности энергопотребления 10 задают значение Р_ном.

В блоке задания и хранения значения допустимого отклонения текущей полной усредненной мощности энергопотребления 12 задают значение ΔР_доп.

Устройство для регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных работает следующим образом (см. Фиг. 3).

Первоначально мультиплексор-регистратор 5 с заданной частотой дискретизации измеряет напряжения и токи в питающих фазах и вычисляет мгновенную полную мощность электропотребления центром обработки данных и передает указанные данные в блок вычисления полной усредненной мощности 6, который производит их накопление и вычисляет текущую полную усредненную мощность энергопотребления Р¹_полн с периодичностью t_п за предыдущий период времени t_уср.

После чего значение Р¹_полн передают в блок 9, который производит вычитание из него значения номинальной усредненной мощности энергопотребления - Р_ном и получает значение отклонения полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔР¹=Р_ном-Р1_полн.

После чего блок 9 передает значение ΔР¹ в блок сравнения 11 и блок вычисления приращения отклонения 13.

Блок сравнения 11 оценивает значение ΔР¹ и в случае |ΔP¹|≥ΔР_доп выдает управляющий сигнал в блок управления 14, одновременно значение ΔР¹ сохраняют в блоке 13.

После этого в момент времени t₂=t₁+t_п вычисляют значение Р²_полн, а также значение ΔР₂, при этом в блоке 13 сохраняют значение ΔР², вычитают из него значение ΔР¹, после чего значение приращения передают в блок управления 14.

Приращение учитывает скорость текущего изменения энергопотребления инженерным оборудованием и дополнительным оборудованием в зависимости от времени суток.

Если блок сравнения 13 выдает второй управляющий сигнал, тогда блок 14 по анализу значений Р²_полн, ΔР² и производит корректировку Р_в таким образом, чтобы Р³_полн≈Р_ном. Блок управления вычислительным оборудованием изменяет производительность вычислительного оборудования 4 путем включения/выключения вычислительных серверов таким образом, чтобы на следующем периоде регулирования текущее значения полного усредненного энергопотребления Р³_полн после перехода инженерного оборудования в установившийся режим соответствовало номинальному энергопотреблению Р_ном. Также блок управления вычислительным оборудованием 14 для управления нагрузкой на вычислительное оборудование 4 увеличивает или уменьшает производительность вычислительных серверов.

Технический результат изобретения - сокращение необходимого количества измерений мощности достигается за счет того, что для момента времени t_i оценивают только значение полной усредненной мощности Рⁱ_полн=Рⁱ_в+Рⁱ_и+Рⁱ_д, которая включает мощность, образованную вычислительным оборудованием 4, инженерным оборудованием 3 и дополнительным оборудованием 2, при этом для данного измерения необходим мультиплексор-регистратор 5 и блок вычисления полной усредненной мощности 6. Технический результат изобретения - повышение точности и стабильности поддержания заданного номинального энергопотребления центром обработки данных достигается за счет того, что при регулировании нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных учитывают текущее отклонение ΔРⁱ полной усредненной мощности энергопотребления Рⁱ_полн от номинальной Р_ном и его приращение , что позволяет учитывать суточные колебания электрической мощности, потребляемой дополнительным оборудованием 2 и инженерным оборудованием 3.

Способ адаптивной регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных, характеризующийся тем, что производят измерение энергопотребления на входе, задают контролируемые параметры и их отклонения, отличающийся тем, что задают и запоминают значение номинальной усредненной мощности энергопотребления - Р_ном, после чего для момента времени t_i оценивают значение полной усредненной мощности Рⁱ_полн=Рⁱ_в+Рⁱ_и+Рⁱ_д, где Рⁱ_в - энергопотребление вычислительным оборудованием, Рⁱ_и - энергопотребление инженерным оборудованием, Рⁱ_д - энергопотребление дополнительным оборудованием, затем вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔРⁱ=Рⁱ_полн-Р_ном, затем для момента времени t_i+1=t_i+t_п, где t_п - период регулировки нагрузки вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔРⁱ⁺¹=Рⁱ⁺¹_полн-Р_ном, после этого при превышении по модулю значений отклонений |ΔРⁱ|≥ΔР_доп и |ΔРⁱ⁺¹|≥ΔР_доп от заданного допустимого отклонения ΔР_доп вычисляют приращение отклонения и изменяют производительность вычислительного оборудования таким образом, чтобы текущая полная усредненная мощность энергопотребления Р^I+1_полн при отрицательных или положительных значениях ΔРⁱ⁺¹ и соответственно увеличилась или уменьшилась на их значения таким образом, чтобы полная усредненная мощность на следующем периоде Рⁱ⁺²_полн соответствовала номинальной усредненной мощности энергопотребления Р_ном.