СПОСОБ АДАПТИВНОЙ РЕГУЛИРОВКИ НАГРУЗКИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЦЕНТРА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
METHOD OF ADAPTIVE LOAD CONTROL IN ELECTRICAL SUPPLY SYSTEM OF DATA PROCESSING CENTER

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.
ном
i
полн
в
и
д
в
и
д
полн
ном
i+1
i
п
п
полн
ном
дом
доп
доп
полн
полн
ном
i
i
i
i
i
i
i
i
i+1
i+1
i
i+1
l+1
i+1
i+2
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, после чего для момента времени t оценивают значение полной усредненной мощности Р=Р+Р+Р, где Р - энергопотребление вычислительным оборудованием, Р - энергопотребление инженерным оборудованием, Р - энергопотребление дополнительным оборудованием, затем вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔР=Рi-Р, затем для момента времени t=t+t, где t - период регулировки нагрузки вычисляют и запоминают отклонение полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔР=Р-Р, после этого при превышении по модулю значений отклонений |ΔР|≥ΔР и |ΔР|≥ΔР от заданного допустимого отклонения ΔР вычисляют приращение отклонения  и изменяют производительность вычислительного оборудования таким образом, чтобы текущая полная усредненная мощность энергопотребления Р при отрицательных или положительных значениях ΔР и  соответственно увеличилась или уменьшилась на их значения таким образом, чтобы полная усредненная мощность на следующем периоде Р соответствовала номинальной усредненной мощности энергопотребления Р.
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
n
уср
ном
доп
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, а также блок задания и хранения значения периода длительности интервала усреднения 8 - t. 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. 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, 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.
в
Вычислительное оборудование 4 включает вычислительные сервера и коммуникационное оборудование, при этом усредненная мощность энергопотребления вычислительным оборудованием Р зависит от вычислительной нагрузки, устанавливаемой оператором или блоком управления вычислительным оборудованием 14.
и
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(t) при постоянной потребляемой мощности вычислительным оборудованием представлен на фиг. 2.
д
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(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.
п
В блоке задания и хранения значения периода регулировки нагрузки 7 задают значение t, которое должно быть больше периода времени, необходимого для перевода инженерного оборудования в установившийся режим работы.
уср
п
В блоке задания и хранения значения периода длительности интервала усреднения 8 задают значение t, которое должно быть меньшим либо равным t.
ном
В блоке задания и хранения номинальной усредненной мощности энергопотребления 10 задают значение Р.
доп
В блоке задания и хранения значения допустимого отклонения текущей полной усредненной мощности энергопотребления 12 задают значение ΔР.
Устройство для регулировки нагрузки в системе электроснабжения центра обработки данных работает следующим образом (см. Фиг. 3).
1
полн
п
уср
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 Р с периодичностью t за предыдущий период времени t.
1
1
полн
ном
ном
полн
После чего значение Р передают в блок 9, который производит вычитание из него значения номинальной усредненной мощности энергопотребления - Р и получает значение отклонения полной усредненной мощности текущего энергопотребления от номинальной усредненной мощности энергопотребления ΔР=Р-Р1.
1
После чего блок 9 передает значение ΔР в блок сравнения 11 и блок вычисления приращения отклонения 13.
1
1
1
доп
Блок сравнения 11 оценивает значение ΔР и в случае |ΔP|≥ΔР выдает управляющий сигнал в блок управления 14, одновременно значение ΔР сохраняют в блоке 13.
2
1
п
полн
2
2
2
1
После этого в момент времени t=t+t вычисляют значение Р, а также значение ΔР, при этом в блоке 13 сохраняют значение ΔР, вычитают из него значение ΔР, 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.
2
2
3
3
полн
в
полн
ном
полн
ном
Если блок сравнения 13 выдает второй управляющий сигнал, тогда блок 14 по анализу значений Р, ΔР и  производит корректировку Р таким образом, чтобы Р≈Р. 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 Р после перехода инженерного оборудования в установившийся режим соответствовало номинальному энергопотреблению Р. Также блок управления вычислительным оборудованием 14 для управления нагрузкой на вычислительное оборудование 4 увеличивает или уменьшает производительность вычислительных серверов.
i
полн
в
и
д
полн
ном
i
i
i
i
i
i
Технический результат изобретения - сокращение необходимого количества измерений мощности достигается за счет того, что для момента времени t оценивают только значение полной усредненной мощности Р=Р+Р+Р, 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 ΔР полной усредненной мощности энергопотребления Р от номинальной Р и его приращение , что позволяет учитывать суточные колебания электрической мощности, потребляемой дополнительным оборудованием 2 и инженерным оборудованием 3.