2021数据中心科技成果奖二等奖——数据中心AI能效管理技术 

2021年11月,在上海隆重召开“2021数据中心科技成果奖”颁奖仪式,对获奖单位和个人进行表彰。


北京世纪互联宽带数据中心有限公司和上海叠腾网络科技有限公司联合申报的数据中心AI能效管理技术荣获二等奖。


2021数据中心科技成果奖二等奖——数据中心AI能效管理技术(图1)

2021数据中心科技成果奖二等奖——数据中心AI能效管理技术(图2)

科技成果介绍


一、概述


近年来,人工智能技术迅猛发展,在各行各业均已展开研究应用,也使得数据中心实现智能运维成为可能。在数据中心基础设施总能耗中,空调系统能耗占据相当大的占比,如果将人工智能技术应用于数据中心空调系统控制中,通过智能化的控制使系统全年实时工作在最佳运行点,可以预见将带来巨大的能源节约及成本收益。


世纪互联积极探索,依托多年来在大型IDC数据中心领域的经验,与叠腾深入合作,共同开展了空调系统AI能效管理的研究。世纪互联将多年来在实践中积累的运维经验进行分析与总结,形成更合理、更高效的自动化控制策略,并结合智能理论,指导建立系统控制模型,将控制策略转化为算法,并对人工智能的自主训练学习成果,进行测试验证、提出优化建议、以及效果评估,从而最终实现将人工智能技术应用于空调系统控制中。


二、AI调优平台功能


数据中心SMART AI能效管理软件平台,旨在通过该平台实现对数据中心空调系统的策略优化控制与实时监测。该软件平台,基于AI(人工智能)算法,通过对BA系统、动环系统、电力监控系统等历史数据和实时运行数据的分析与处理,结合大数据以及深度学习技术对构建的物理系统模型进行训练完善,并最终使用完成训练的模型进行计算推理,从而输出最优的控制策略和参数,指导运维人员进行控制策略的调整。


该AI调优平台具备能源总览及AI推理两大功能,其中AI推理功能为核心功能。


1、能源总览


包含能耗指标实时展示、制冷系统及末端系统运行状态实时展示和能耗指标分析。


● 能耗指标实时展示:包括系统总功率、IT负载、冷负荷、PUE、COP等;


● 制冷系统及末端系统运行状态实时展示:包括各系统总功率、冷却塔、冷却泵、冷冻泵、冷机、各个机房末端空调的设备启动状态及功率等;


● 能耗指标分析:包括PUE指标、COP指标、IT及冷负荷指标、室外环境干球湿球温度曲线、各系统电量占比、制冷系统耗电量排行等。


2、AI推理


通过大数据以及深度学习技术构建出整体物理系统的数学模型,并利用学习到的知识结合算法,根据不同的工况和环境条件自动预测推理出合理的运行参数。AI推理可实现IT负载及冷负荷预测、供冷系统AI优化推荐、末端系统AI优化推荐,推理结果既可以供运维人员参考使用,同时也可以直接和数据中心控制系统相结合,自动下发控制参数。


三、软件平台架构


该软件平台由数据模块、学习模块、推理模块组成,整体系统架构如下图所示:


● 数据模块:主要包括数据采集层、数据仓库、数据处理层、数据接收发布、数据安全层和可视化交互平台,用于大量数据的采集、储存、处理、流转和安全工作。


● 学习模块:根据系统运行机理及设备资料进行系统建模,并利用大量数据和人工智能算法对模型进行训练优化以及模型评价。


● 推理模块:基于实时数据、预测值、AI耦合优化模型,推理出最优的控制策略和参数,从而实现对各设备的实时寻优,使系统工作在最佳运行点。


四、价值与收益


通过本软件平台的实际应用,及使用效果,优化了数据中心基础设施的管理运营。


1、节能增效,降低运维成本


通过实际应用,实现了根据系统所处的不同气候、不同负荷等复杂条件,推荐最优的运行方法和策略,在保证系统安全可靠运行的前提下,实现冷却用能的智控管理,从而降低能耗,减少运维成本支出,与原有控制方式相比,可带来约5%~15%的能效提升。


2、设备维护预测,提高设备可靠性


在原有BA系统的基础上,收集设备实时产生的实际数据,通过建立冷机、水泵、冷却塔等核心设备的性能模型,结合机理模型模拟故障演化过程,对比模拟数据与设备设计性能参数之间在时间尺度上的变化模式,对性能衰减的影响因素进行等级划分与特征抽取。通过人工神经网络模式识别技术,对各设备的衰减瞬态进行训练,研究设备维护的最佳时间节点,避免过度维护或欠维护造成的经济损失,实现设备状态的预测性维护。


3、传承运维经验,助力企业智能化转型


可将数据转换为运维经验。基于实时数据,各设备模型、优化模型、预测模型、维护模型也在不断的学习,结合现场设备的真实情况,调整运维策略。每一条运维策略都是经过设备级、系统级的充分计算,都能做到可解释、可溯源、可传承,从而降低运维门槛,更好的助力企业由数字化向智能化转型


实际应用情况


目前本软件在世纪互联M5II机房中进行了部署,基于AI(人工智能)算法,平台对BA、环控、设备、仪表的异源数据进行采集,获取制冷系统、设备、管道的历史及实时运行数据,建立全方位多角度的数据库,运用平台技术(PT)将数据进行可视化展示,用于实时的能源监测;将数据清洗降噪处理后,选取特征自变量及因变量,建立设备、系统优化模型、预测模型、诊断模型,建立冷水系统各设备模型,结合机理探寻冷却用能设备的运行规律,制定不同气候、不同负荷条件下的综合最优运行方法和策略,和利用空调系统BA的历史和实时数据,计算最合理的运行策略和运行参数,实现冷却用能的智控管理,并反馈相关运行策略和运行参数,在保证安全可靠运行的前提下,供现场运行人员进行策略执行,以达到降低系统能耗的目的。


使用AI优化提示进行运行模式调整,分别得出以下结论:


1、AI推荐出的工况,在实时优化下由过渡季拉回为冬季工况,运行是合理的且能够满足运行需求的。


2、在相同气象条件下,采用AI推荐的过渡季工况一,运行为更低的下塔温度,使得板换承担更多制冷量的运行模式,冷站总功率明显降低。


3、在相同的过渡季气象条件下,对比原制冷系统一对一的运行模式和AI推荐的过渡季工况二,多塔低频运行模式,后者冷站总功率明显降低。


4、在机房空调带载正常,机房温湿度满足使用的情况下。空调组合方式的调整,风机转速的调整,均维持了稳定的机房温度,与原运行方式比较,降低了风机功耗。


根据AI优化提示,实现了主要设备故障隐患预测:


AI预测模型通过实时监测制冷设备的运行数据,能效状态,发现实际运行数据与预测数据存在偏差,总功耗两者相差30KW,提示排查异常现象,经检查最终隐患得以排除,实现重要设备在没有故障报警和故障实测数据的情况下进行故障预警。


关于申报单位


北京世纪互联宽带数据中心有限公司


世纪互联(纳斯达克:VNET)成立于1996年,是全球具有重要影响力的网络空间基础设施服务提供商之一,是中国领先的第三方中立数据中心服务商之一,也是中国IDC市场上唯一一家以“超大规模IDC定制+新一代IDC零售”双引擎同步发展的IDC头部企业。世纪互联致力于为超大型客户提供业界领先的数据中心定制一站式解决方案,为核心客户提供以数据中心为基础的云计算交换连接、混合交付等云计算综合服务及解决方案,打造具有核心技术、超大规模运营能力、高附加值的网络空间基础设施运营平台。


截至目前,世纪互联在全国20多个城市运营超过50座数据中心,拥有接近63000个机柜,端口容量达2000G以上,高速云专线超1000G,成为客户数字化转型的新引擎。


上海叠腾网络科技有限公司


上海叠腾网络科技有限公司成立于2018年,作为一家高科技领域的能源数据服务商,将机器学习和数据挖掘技术与空调系统知识结合,挖掘数据潜能,构建出系统中每个设备的模型以及系统的数字孪生体,利用AI算法进行系统优化。