(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210943038.7 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310018 浙江省杭州市江干区下沙高 教园区2号大街9 28号浙江理工大 学 (72)发明人 李晓俊　杨海涛　葛杰　于佳文　 卓成者　许龙波　 (74)专利代理 机构 浙江永航联科专利代理有限 公司 33304 专利代理师 黄丽珍 (51)Int.Cl. H05K 7/20(2006.01) G05B 13/04(2006.01) (54)发明名称 一种适应数据中心全工况操作的屏蔽泵控 制系统及其方法 (57)摘要 本发明公开了一种适应数据中心全工况操 作的屏蔽泵控制系统及其方法， 包括数据中心冷 却量预估模块、 运行数据监测模块、 通讯模块、 运 行工况寻优模块和控制策略优化模块 以及运行 控制模块。 有益效果： 现有的屏蔽泵控制策略大 多基于预设数据， 采用单一的屏蔽泵控制策略， 未能考虑到数据中心频繁波动热需求、 屏蔽泵的 转子发热以及轴承磨损的问题。 本发 明所述的屏 蔽泵运行工况控制方法能够实现屏蔽泵的多策 略运行， 并以屏蔽泵的转子发热量及轴承磨损数 据为依据， 借助最小二乘支持向量机算法生成最 优控制策略， 从而减少屏蔽泵的轴承磨损量， 改 善屏蔽泵的发热和老化问题， 从而实现延长屏蔽 泵的使用寿 命的目的。 权利要求书4页 说明书11页 附图5页 CN 115361841 A 2022.11.18 CN 115361841 A 1.一种适应数据中心全工况操作的屏蔽泵控制系统， 其特征在于， 包括数据中心冷却 量预估模块、 运行数据监测模块、 通讯模块、 运行工况寻优模块和控制策略优化模块以及运 行控制模块； 所述数据中心冷却量预估模块用于预估数据中心所需的换热量以及对应的冷却循环 系统所需的冷媒冷却 量， 并计算出屏蔽泵系统对应的流量指标， 从而进行屏蔽泵的运行工 况调节； 数据中心的传热是一个多维度、 多尺度的复杂过程， 其中涉及冷却系统、 数据机房、 服务器、 散热元件， 因此对各个环节进行数学建模， 建立整个数据中心换热模型， 以便快速 准确地对数据中心的换 热量及冷媒冷却量进行分析； 所述运行数据监测模块用于检测屏蔽泵所安装的传感器所生成的模拟信号， 并将其转 换成数字信号， 所述运行数据监测模块主要包括流量传感器、 压力传感器、 转速传感器、 轴 功率传感器、 温度传感器、 振动传感器、 TRG轴承监测器以及 模数转换器； 进 出口压力、 流量、 电机转速、 轴功 率、 振动数据经过传感器测量直接输出， 并通过模数转换器将传感器输出的 模拟信号转换为数字信号进行传输， 扬程信号根据进出口压力数据通过公式进行计算得 到； 所述通讯模块用于将所述运行数据监测模块所输出的数字信号编码打包， 并进行加密 校验， 用于运行工况寻优 模块和控制策略优化模块之间的信号传输； 所述运行工况寻优模块用于根据数据中心给出的流量指标以及屏蔽泵中的流量、 扬程 和效率数据， 对相应屏蔽泵的运行状态通过模拟退火寻优算法进行处理， 得到给定条件下 的最优工况点， 并发出指令给运行控制模块， 调节屏蔽泵的运行状态； 所述运行控制模块通过PLC控制器对屏蔽泵的电机系统进行控制， 用于实时控制屏蔽 泵的电机系统， 调节屏蔽泵的转速， 以改变屏蔽泵的输出扬程， 使其达到最优工况； PLC控制 器连接至伺服驱动器， 伺服驱动器连接至伺服电机， 伺服电机的电机轴连接至电控无极变 速器的输入轴， 电控无极变速器的输出轴连接至屏蔽泵的泵轴， PLC控制模块连接至电控无 极变速器； 所述控制策略优化模块对屏蔽泵的现场测量数据样本进行采集和存储， 包括流量、 扬 程、 效率、 振动以及轴承磨损， 建立屏蔽泵运行状态数据库， 使用最小二乘支持向量机算法 对数据库进行训练， 对屏蔽泵的运行 方式进行优化调节。 2.根据权利要求1所述的一种适应数据中心全工况操作的屏蔽泵控制系统， 其特征在 于， 所述数据中心机房内布置红外热成像传感器， 对数据中心的各个产热设备进行温度监 测， 得到数据中心的实时温度情况， 基于所建立的数据中心换热数学模型， 结合传感器测量 得到的数据中心机房内温度特征， 计算得到数据中心的总 换热量， 并根据冷却循环系统的 换热效率预测出需求冷却量的范围区间， 由经验公式得到冷却循环系统中屏蔽泵的流量指 标。 3.一种适应数据中心全工况操作的屏蔽泵运行控制方法， 其特征在于， 用于权利要求1 所述的适应数据中心全工况操作的屏蔽泵控制系统， 包括以下步骤； A、 预估数据中心冷却量； a1； 对数据中心各个环 节进行数学建模， 得到数据中心换 热模型； a2； 基于所建立的数据中心换热数学模型， 结合传感器测量得到的数据中心机房内温 度特征， 计算得到数据中心的总换 热量；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115361841 A 2a3： 根据冷却循环系统的换热效率预测出需求冷却量的范围区间， 由经验公式得到冷 却循环系统中屏蔽泵的流 量指标。 B、 最优工况点计算过程； b1： 根据屏蔽泵的特性曲线以及扬程、 流量和效率之间的理论关系建立屏蔽泵的数学 模型； b2： 读取屏蔽泵系统的测量数据， 确定约束条件； b3： 使用模拟退火寻优算法， 随机产生 一个初始解， 并设置初始参数； b4： 对初始解作随机扰动生成新 解， 判断其是否为 最优解； b5： 控制退火温度并反复迭代； b6： 算法终止判定得到最优解， 输出符合数据中心给出的流量指标条件下所需最优工 况点对应的转速 。 C、 运行工况调节； c1： 根据最优工况点计算过程中得到的转速数据对屏蔽泵电机系统进行驱动； c2： 判断工况点调节后的屏蔽泵实时流量是否满足数据中心所给出的流量指标， 若不 满足指标， 则返回步骤B调整约束条件后重新计算； D、 采集样本构建数据库 d1： 在运行工况点调节过程中， 每隔一段时间对屏蔽泵转速、 流量、 扬程、 振动速度值、 电机转子温度以及TRG轴承监测器数据进行实时采样并存 储数据； d2： 将采集到的样本数据传输到数据中心机房内的计算服务器， 构建屏蔽泵运行状态 数据库； E、 优化屏蔽泵运行 策略 e1： 使用最小二乘支持向量机算法， 根据步骤D中采集到的样本数据建立训练样本集并 搭建LSSVR(最小二乘向量回归)模型的基本 框架， 确定优化目标； e2： 引入用于估计样本核向量的核函数， 得到模型的回归函数； e3： 引入正则化参数和参数对应的核函数， 得到最终的LSSVR模型， 并使用粒子群算法 对模型进行优化； e4： 利用构建的LS SVR代理模型 预测屏蔽泵电机系统的最优 控制策略并输出； e5： 根据代理模型 预测的最优 控制策略对屏蔽泵电机系统进行控制策略优化。 4.根据权利要求3所述的一种适应数据中心全工况操作的屏蔽泵运行控制方法， 其特 征在于， 在步骤a3中， 冷却循环系统主要由屏 蔽泵、 板式换热器、 冷水主机以及冷却水塔设 备组成； 其中， 屏蔽泵的总效率由泵效率ηp、 电机效率ηm、 变频器效率ηVFD组成， 可由经验公式拟 合得到： η＝ ηp·ηm·ηVFD 根据以上各个环节的换热效率计算得到最终冷却循环系统需要提供的冷却量， 再由所 需冷却量和屏蔽泵循环流 量的关系式得到屏蔽泵的流 量指标； φ＝Qcp(t″f‑t′f) 其中， Q为屏蔽泵的流量， cp为冷却循环介质的换热系数， tf和tf分别为数据中心冷却系 统进口端与出口端的介质温度；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115361841 A 3