基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，其技術(shù)特點在于：包括以下步驟：步驟1、建立包括能源輸入和能源利用的整個能量流動過程的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型；步驟2、對機房數(shù)據(jù)中心的能源利用現(xiàn)狀進行分析；步驟3、挖掘機房數(shù)據(jù)中心的在能量輸入方面和能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)；步驟4、針對能源利用薄弱環(huán)節(jié)，從能量輸入和能量利用兩個方面，有針對性地提出機房數(shù)據(jù)中心的能源利用效率提升措施。本發(fā)明專利技術(shù)能夠同時從能源輸入和能源利用兩個角度出發(fā)，對機房數(shù)據(jù)中心的利用現(xiàn)狀進行分析，從而挖掘出機房數(shù)據(jù)中心能源利用的薄弱環(huán)節(jié)，進而提出有針對性的機房數(shù)據(jù)中心能源利用效率提升措施。

Analysis method of energy utilization in engine room data center based on multi stage energy transfer model

The invention relates to a method of analysis using the transfer model based on multi room data center energy consumption, the technical characteristics that comprises the following steps: 1, including the establishment of computer data center energy input multi-level energy consumption and energy utilization of the whole process of energy flow transfer model; step 2, energy utilization status of the data center room analysis; step 3, mining room data center in the weak links of the use of energy and energy input; step 4, according to the energy use of weak links, from the use of energy input and energy two aspects, puts forward the room data center energy efficiency measures. The invention can also proceed from energy input and energy utilization in two aspects, the present utilization status of the data center room is analyzed, in order to find the room data center energy utilization of the weak links, and put forward the pertinent room data center energy efficiency measures.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法
本專利技術(shù)屬于能源利用及能源優(yōu)化
，涉及機房數(shù)據(jù)中心的能源利用及優(yōu)化，尤其是一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法。
技術(shù)介紹
隨著全球能源危機的加劇，節(jié)能已成為人類社會發(fā)展必須面對的問題。我國的能源情況并不樂觀，一方面能源儲量不足，人均資源量非常有限；另一方面能源消耗大，能源利用效率低下。機房數(shù)據(jù)中心的能源消耗主要為電能，依據(jù)相關(guān)調(diào)查，在機房數(shù)據(jù)中心的運營成本當(dāng)中，能源成本占到約50％，我國2014年機房數(shù)據(jù)中心耗電量已超過全社會用電量的1.5％。而且，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模是近幾年出現(xiàn)爆炸式增長，預(yù)計到2020年，全世界所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模將達到目前水平的44倍。在這種背景下，如何有效提升機房數(shù)據(jù)中心的能源利用效率，成為備受關(guān)注的重要問題和技術(shù)難點。目前在機房數(shù)據(jù)中心能源利用效率方面的研究大多是針對數(shù)據(jù)中心PUE的研究，缺乏從能量輸入和能量利用的整個能量流動過程出發(fā)的機房數(shù)據(jù)中心能源利用診斷分析,因此迫切需要對機房數(shù)據(jù)中心的能源利用進行深入研究。經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)與本專利技術(shù)相同或相似的已公開的專利文獻。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，該方法能夠同時從能源輸入和能源利用的整個能量流動過程出發(fā)，對機房數(shù)據(jù)中心的利用現(xiàn)狀進行分析，從而挖掘出機房數(shù)據(jù)中心能源利用的薄弱環(huán)節(jié)，進而提出有針對性的機房數(shù)據(jù)中心能源利用效率提升措施。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，包括以下步驟：步驟1、建立包括能源輸入和能源利用的整個能量流動過程的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型；步驟2、根據(jù)步驟1所述的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型，對機房數(shù)據(jù)中心的能源利用現(xiàn)狀進行分析；步驟3、基于能源利用現(xiàn)狀分析，從能量輸入和能量利用兩個方面，挖掘機房數(shù)據(jù)中心的在能量輸入方面和能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)；步驟4、針對能源利用薄弱環(huán)節(jié)，從能量輸入和能量利用兩個方面，有針對性地提出機房數(shù)據(jù)中心的能源利用效率提升措施。而且，所述步驟1的具體步驟包括：(1)根據(jù)能量守恒定律，建立機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量流動公式如下：EI＝EC+EL上式中，EI表示能量輸入，EC表示能量消耗，EL表示能量損耗；機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量輸入主要為電能輸入EP，依據(jù)機房數(shù)據(jù)中心的類別不同，可分為直流電能輸入和交流電能輸入兩類；(2)建立機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量消耗公式可表示為：上式中，Ei(i＝1,2,...,n)表示數(shù)據(jù)中心各終端負(fù)荷的能量消耗；(3)機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量損耗主要為電能損耗，具體包括電能傳輸過程中的線路損耗和變壓器損耗；其中，線路損耗是電能流經(jīng)導(dǎo)線時以熱能形式散發(fā)的功率損失，計算公式如下：上式中，P、Q分別為流經(jīng)路線的有功功率和無功功率；U為路線上與P、Q同一點測得的電壓；R為線路的電阻，與導(dǎo)線的截面、導(dǎo)線的材料和線路的長度有關(guān)；其中，變壓器損耗是指電能流經(jīng)變壓器時以熱能形式散發(fā)的功率損耗，計算公式如下：ΔPT＝PFe+Pcu＝P0+β2Pk上式中，PFe為鐵損，Pcu為銅損，P0為空載損耗，PK為額定負(fù)載損耗，β為平均負(fù)載系數(shù)。而且，所述步驟2的具體步驟包括：(1)通過對機房數(shù)據(jù)中心的直流電能和交流電能的各能量來源的輸出功率的分析，對機房數(shù)據(jù)中心的能量輸入進行分析；(2)通過對機房數(shù)據(jù)中心的直流數(shù)據(jù)中心和交流數(shù)據(jù)中心的能量消耗構(gòu)成分析，對機房數(shù)據(jù)中心的能量利用進行分析；(3)根據(jù)機房數(shù)據(jù)中心的能量輸入和能量利用構(gòu)成的分析結(jié)果，建立機房數(shù)據(jù)中心的能量流動模型，對機房數(shù)據(jù)中心的能量流動進行分析；其中，數(shù)據(jù)中心的能量輸入主要為電能，包括直流電能(gd)和交流電能(ga)；能量消耗主要為電能的消耗，由數(shù)據(jù)中心環(huán)境耗電量和IT設(shè)備耗電量(gIT)組成，其中數(shù)據(jù)中心環(huán)境耗電量包括配電系統(tǒng)耗電量(gdps)和空調(diào)系統(tǒng)耗電量(gacs)。依據(jù)能量守恒定律，機房數(shù)據(jù)中心的能量流動模型如下：上式中，i表示配電系統(tǒng)耗電設(shè)備編號，j表示空調(diào)系統(tǒng)耗電設(shè)備編號。而且，所述步驟2的第(2)步的對機房數(shù)據(jù)中心的直流數(shù)據(jù)中心和交流數(shù)據(jù)中心的能量消耗構(gòu)成分析分別為：①直流數(shù)據(jù)中心能量消耗構(gòu)成；直流數(shù)據(jù)中心能量消耗主要為電能的消耗，由數(shù)據(jù)中心環(huán)境耗電量和IT設(shè)備耗電量組成，其中，數(shù)據(jù)中心環(huán)境耗電量包括配電系統(tǒng)耗電量和空調(diào)系統(tǒng)耗電量；②交流數(shù)據(jù)中心能量消耗構(gòu)成；直流數(shù)據(jù)中心能量消耗主要為電能的消耗，由數(shù)據(jù)中心環(huán)境耗電量和IT設(shè)備耗電量組成，其中數(shù)據(jù)中心環(huán)境耗電量包括配電系統(tǒng)耗電量、空調(diào)系統(tǒng)耗電量和逆變器耗電量。本專利技術(shù)的優(yōu)點和積極效果是：1、本專利技術(shù)提出一種適用于機房數(shù)據(jù)中心的能源利用分析方法，該方法能夠同時從能源輸入和能源利用兩個角度出發(fā)，對機房數(shù)據(jù)中心的利用現(xiàn)狀進行分析，從而挖掘出機房數(shù)據(jù)中心能源利用的薄弱環(huán)節(jié)，進而提出有針對性的機房數(shù)據(jù)中心能源利用效率提升措施。本專利技術(shù)能夠為機房數(shù)據(jù)中心能源的全局優(yōu)化利用提供支撐，有利于提升機房數(shù)據(jù)中心能源優(yōu)化水平，促進機房數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。2、本專利技術(shù)通過對機房數(shù)據(jù)中心的能源利用進行深入研究，基于涵蓋整個能量流動過程的多級能耗傳遞模型，提出一種新的數(shù)據(jù)中心能源利用診斷分析方法，從而為機房數(shù)據(jù)中心的能源利用效率提升和能源優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)，具有良好的理論價值和應(yīng)用價值。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型圖；圖2是本專利技術(shù)的機房數(shù)據(jù)中心能源利用診斷分析流程圖；圖3是本專利技術(shù)的機房數(shù)據(jù)中心能源流動示意圖；圖4是本專利技術(shù)的具體實施例的電量表實測數(shù)據(jù)計算得到各類終端負(fù)荷的耗電量比例圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本專利技術(shù)實施例作進一步詳述：一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，包括以下步驟：步驟1、建立包括能源輸入和能源利用的整個能量流動過程的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型，如圖1所示；機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型包括能量輸入和能量利用，機房數(shù)據(jù)中心能量輸入主要是電能輸入，根據(jù)機房數(shù)據(jù)中心的類別不同，可分為直流電能輸入和交流電能輸入兩類。機房能量利用為機房數(shù)據(jù)中心內(nèi)部能源通過梯級利用及部分損耗進行的能量流動，由能量消耗和能量損耗兩部分組成，其中，能量消耗為各類機房數(shù)據(jù)中心終端負(fù)荷所消耗的能量；從物理層次看，機房數(shù)據(jù)中心的終端負(fù)荷主要由IT設(shè)備、配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等三部分負(fù)荷構(gòu)成(其他還包括電源和照明負(fù)荷等)；其中，IT設(shè)備用于數(shù)據(jù)處理(服務(wù)器)、數(shù)據(jù)存儲(存儲設(shè)備)以及通信(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)，是實現(xiàn)機房數(shù)據(jù)中心功能的核心部分；配電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，用以保障IT設(shè)備系統(tǒng)的正常運行，其中，配電系統(tǒng)用于直流、交流轉(zhuǎn)換，并確保為IT設(shè)備提供可靠、高質(zhì)量的電源，空調(diào)系統(tǒng)保證IT設(shè)備在正常的溫度和濕度下工作；能量損耗為能量在梯級利用過程中的電能損耗，依次包括網(wǎng)級、饋線級和配變級的能量損耗，可分為線路損耗和變壓器損耗。根據(jù)能量守恒定律，機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量流動公式如下：EI＝EC+EL(1)式(1)中，EI表示能量輸入，EC表示能量消耗，EL表示能量損耗。機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量輸入主要為電能輸入EP，依據(jù)機房本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、建立包括能源輸入和能源利用的整個能量流動過程的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型；步驟2、根據(jù)步驟1所述的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型，對機房數(shù)據(jù)中心的能源利用現(xiàn)狀進行分析；步驟3、基于能源利用現(xiàn)狀分析，從能量輸入和能量利用兩個方面，挖掘機房數(shù)據(jù)中心的在能量輸入方面和能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)；步驟4、針對能源利用薄弱環(huán)節(jié)，從能量輸入和能量利用兩個方面，有針對性地提出機房數(shù)據(jù)中心的能源利用效率提升措施。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、建立包括能源輸入和能源利用的整個能量流動過程的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型；步驟2、根據(jù)步驟1所述的機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型，對機房數(shù)據(jù)中心的能源利用現(xiàn)狀進行分析；步驟3、基于能源利用現(xiàn)狀分析，從能量輸入和能量利用兩個方面，挖掘機房數(shù)據(jù)中心的在能量輸入方面和能量利用方面的薄弱環(huán)節(jié)；步驟4、針對能源利用薄弱環(huán)節(jié)，從能量輸入和能量利用兩個方面，有針對性地提出機房數(shù)據(jù)中心的能源利用效率提升措施。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多級能耗傳遞模型的機房數(shù)據(jù)中心能源利用分析方法，其特征在于：所述步驟1的具體步驟包括：(1)根據(jù)能量守恒定律，建立機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量流動公式如下：EI＝EC+EL上式中，EI表示能量輸入，EC表示能量消耗，EL表示能量損耗；機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量輸入主要為電能輸入EP，依據(jù)機房數(shù)據(jù)中心的類別不同，可分為直流電能輸入和交流電能輸入兩類；(2)建立機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量消耗公式可表示為：上式中，Ei(i＝1,2,...,n)表示數(shù)據(jù)中心各終端負(fù)荷的能量消耗；(3)機房數(shù)據(jù)中心多級能耗傳遞模型的能量損耗主要為電能損耗，具體包括電能傳輸過程中的線路損耗和變壓器損耗；其中，線路損耗是電能流經(jīng)導(dǎo)線時以熱能形式散發(fā)的功率損失，計算公式如下：上式中，P、Q分別為流經(jīng)路線的有功功率和無功功率；U為路線上與P、Q同一點測得的電壓；R為線路的電阻，與導(dǎo)線的截面、導(dǎo)線的材料和線路的長度有關(guān)；其中，變壓器損耗是指電能流經(jīng)變壓器時以熱能形式散發(fā)的功率損耗，計算公式如下：ΔPT＝PFe+Pcu＝P0+β2Pk上式中，PF...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙洪磊，于建成，王旭東，吳磊，劉洪，崔文婷，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)天津市電力公司，國家電網(wǎng)公司，天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12