冷水机组及其控制方法、电子设备及存储介质与流程

1.本公开涉及数据中心散热冷却技术领域，可用于金融领域，更具体地涉及一种冷水机组及其控制方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.目前大型数据中心通常采用冷水系统，而冷水系统的核心是冷水机组。由于数据中心服务器负载的变化，空调冷负荷通常也是时刻变化的，特别是在数据中心建设初期，服务器较少，负荷较低，工频冷水机组始终在额定功率下工作，在冷负荷变化场景中适应性较差。为了能提升空调系统的性能，特别是冷水机组的性能，冷水机组通常采用变频冷水机组，即在冷水机组上增加变频器。虽然冷水机组增加变频器后，冷水机组能改善低负荷状况下的性能，但是，变频器会损耗一部分电能，导致增加变频器的冷水机组比不加变频器的冷水机组的性能在高负荷下会下降，特别是接近100％负荷时的性能。如何使得冷水机组在所有负荷条件下的性能都能够维持在较高的水平，对于降低空调系统的能耗非常重要。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本公开提供了一种冷水机组及其控制方法、电子设备、存储介质及程序产品，能够使冷水机组在所有负荷条件下的性能都能够维持在较高的水平。
4.本公开实施例的第一方面，提供了一种冷水机组。所述冷水机组包括：控制器、变频线路、工频旁路线路、以及压缩机。其中，所述变频线路包括变频器。所述工频旁路线路与所述变频器并联。所述压缩机分别与所述变频线路和所述工频旁路线路可切换地电连接。当所述变频线路与所述压缩机电连接时，所述变频线路驱动所述冷水机组以变频模式运行。当所述工频旁路线路与所述压缩机电连接时，所述工频旁路线路驱动所述冷水机组以工频模式运行。所述控制器用于通过比较所述冷水机组在工频模式运行的性能和在变频模式运行的性能，来控制选择通过所述变频线路或所述工频旁路线路二者之一来驱动所述冷水机组的运行。
5.本公开实施例的第二方面，提供了一种冷水机组的控制方法。所述控制方法用于控制本公开实施例第一方面提供的冷水机组。所述控制方法包括：控制器比较所述冷水机组以工频模式运行的性能和以变频模式运行的性能；当所述冷水机组以工频模式运行的性能优于以变频模式运行的性能时，所述控制器控制选择通过所述工频旁路线路来驱动所述冷水机组运行；以及当所述冷水机组以变频模式运行的性能优于以工频模式运行的性能时，所述控制器控制选择通过所述变频线路来驱动所述冷水机组运行。
6.根据本公开的实施例，所述冷水机组的性能通过所述冷水机组的性能系数cop来评估。
7.根据本公开的实施例，所述方法还包括获取所述冷水机组在以工频模式和变频模式运行时对应不同负荷状况的cop性能曲线。
8.根据本公开的实施例，所述比较所述冷水机组以工频模式运行的性能和以变频模
式运行的性能包括：计算所述冷水机组的负荷率x，其中，所述负荷率x为制冷负荷与所述冷水机组满负荷运行时所述冷水机组所提供的制冷量的比率；通过所述cop性能曲线读取所述冷水机组在所述负荷率x时，以工频模式运行的性能系数cop
cfd
和以变频模式运行的性能系数cop
vfd
；以及比较cop
cfd
和cop
vfd
的大小，以确定所述冷水机组在所述负荷率x时以工频模式和变频模式运行的性能优劣。
9.根据本公开的实施例，所述冷水机组的负荷率x包括：根据所述冷水机组的流量m和温度t、以及所述负荷率x与流量和温度的关系式x＝f(m，t)，计算所述冷水机组的负荷率x。
10.根据本公开的实施例，当所述控制器控制所述冷水机组从变频模式切换到工频模式运行时，所述控制器先控制调整所述变频器的输出侧供电的特征信号；以及在所述变频器的输出侧供电的特征信号与所述工频旁路线路一致后，所述控制器控制切换到所述工频旁路线路来驱动所述冷水机组的运行。
11.根据本公开的实施例，所述输出侧供电的特征信号包括幅值、频率、相位或电流中的至少之一。
12.本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括一个或多个处理器、以及一个或多个存储器。所述一个或多个存储器用于存储一个或多个程序。其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行本公开实施例第二方面所述的方法。
13.本公开的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行本公开实施例第二方面所提供的方法。
14.本公开的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本公开实施例第二方面所提供的方法。
附图说明
15.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
16.图1示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组的结构示意；
17.图2示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组以工频模式运行的示意图；
18.图3示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组以变频模式运行的示意图；
19.图4示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组的控制方法的流程图；
20.图5示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组的cop性能曲线示意图；
21.图6示意性示出了根据本公开另一实施例的冷水机组的控制方法的流程图；以及
22.图7示意性示出了根据本公开实施例的适于实现冷水机组的控制方法的电子设备的方框图。
具体实施方式
23.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细
节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
24.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
25.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
26.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
27.在本文中，涉及的主要术语解释如下：
28.变频模式指的是通过变频器带动冷水机组中的压缩机运行，对数据中心进行制冷的模式。在变频模式下，压缩机的转动频率由变频器调控。在变频模式下，冷水机组的能耗包括变频器的能耗和压缩机能耗两部分。
29.工频模式指的是冷水机组中的压缩机以额定频率转动，对数据中心进行制冷的模式。在工频模式下，冷水机组的转动频率是固定不变，水机组的能耗仅包括压缩机能耗，而且由于压缩机的转动频率不变，压缩机能耗理论上也基本保持不变。
30.冷水机组的性能系数cop等于冷水机组输出的制冷量和冷水机组的能耗的比值。其中，冷水机组输出的制冷量通常由制冷负荷来确定。
31.在发明人实现本发明构思的过程中，发现增加变频器的冷水机组比不加变频器的冷水机组的性能，虽然在低负荷状况下有所改善，但是在高负荷状况下却会下降，特别是接近100％负荷时。究其原因，冷水机组如果始终以变频模式运行，那么在低负荷状况下由于压缩机能耗可以明显降低，而且变频器能耗也较低，此时相对于工频模式冷水机组的性能可以提升，然而在高负荷状况下，压缩机能耗降低程度相较于工频模式并不大，变频器能耗又较大，会导致整个冷水机组的能耗大于工频模式下的能耗，从而导致冷水机组的性能反而下降。
32.基于以上分析，发明人提出了一种可以根据冷水机组在变频模式和工频模式下的性能比较，来选择以工频模式运行还是以变频模式运行的冷水机组控制方案，以此来最大限度优化冷水机组的性能，降低冷水机组的能耗，节省空调系统运行费用，降低数据中心运营成本。
33.需要说明的是，本公开实施例确定的冷水机组及其控制方法、电子设备、存储介质及程序产品可用于金融领域，也可用于除金融领域之外的任意领域，本公开对应用领域不做限定。
34.图1示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组100的结构示意。
35.如图1所示，该冷水机组100可以包括控制器101、变频线路102、工频旁路线路103、以及压缩机104。
36.变频线路102包括变频器11。工频旁路线路103与变频器11并联。
37.压缩机104分别与变频线路102和工频旁路线路103可切换地电连接。其中，控制器101可以根据相应的控制逻辑来控制压缩机104与变频线路102或工频旁路线路103其中之一接通。
38.图2示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组100以工频模式运行的示意图。
39.在图2的示意中，工频旁路线路103与压缩机104接通，同时压缩机104与变频线路102之间的电信号断开。其中，当工频旁路线路103与压缩机104电连接时，工频旁路线路103驱动冷水机组100以工频模式运行。
40.图3示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组100以变频模式运行的示意图。
41.在图3的示意中，变频线路102与压缩机104接通，同时工频旁路线路103与压缩机104之间的电信号断开。其中，当变频线路102与压缩机104电连接时，变频线路102驱动冷水机组100以变频模式运行。
42.根据本公开的实施例，控制器101可以比较冷水机组100在如图2所示的工频模式运行的性能和在如图3所示的变频模式运行的性能，然后根据比较结果控制选择通过变频线路102或工频旁路线路103二者之一来驱动冷水机组100的运行。其中，冷水机组的性能可以是但不限于冷水机组的cop、冷水机组消耗的水量、输出功率、输入功率、工作温度、或制冷量等。
43.本公开实施例的冷水机组100，可以在常规的变频冷水机组的线路上，增加控制器101和工频旁路线路103。由控制器101根据冷水机组比较不同运行模式的性能来选择冷水机组运行模式。当经控制器101计算比较，冷水机组在工频模式时的性能优于冷水机组在变频模式时的性能时，控制器101控制选择采用工频模式进行运行，不通过变频器11。当经控制器101计算比较，冷水机组在工频模式时的性能差于冷水机组在变频模式时的性能时，控制器101控制选择采用变频模式进行运行，由变频器11控制电机带动压缩机104运行。
44.以此方式，既可以保证高负荷状况下冷水机组运行在最优性能，也可以保证低负荷状况下冷水机组运行在最优性能，从而可以最大限度发挥变频冷水机组的性能，降低冷水机组的能耗，节省空调系统运行费用，降低数据中心运营成本。
45.根据本公开的实施例，该控制器101可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，该控制器101可以至少被部分地实现为一个或多个计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
46.本公开实施例还提供了一种冷水机组的控制方法。以下将结合图4～图6对本公开实施例的控制方法进行说明。当该控制方法用于控制冷水机组100时，该控制方法可以由控制器101来执行。
47.图4示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组的控制方法的流程图。
48.如图4所示，根据该实施例的控制方法可以包括操作s410～操作s440。
49.在操作s410，控制器101获取冷水机组100以工频模式运行的性能和以变频模式运行的性能。在一个实施例中，冷水机组100在该两种模式下运行的性能可以通过软件模拟来计算得到。在另一个实施例中，可以预先对冷水机组100在两种模式下分别对所有负荷状况
进行测试，从而得到冷水机组100在该两种模式下各自的性能数据。
50.在操作s420，控制器101比较冷水机组以工频模式运行的性能和以变频模式运行的性能二者的优劣。
51.根据本公开的一个实施例，可以冷水机组的性能系数cop来评估冷水机组的性能。从而，在操作s420中可以根据以工频模式运行的性能系数cop
cfd
和以变频模式运行的性能系数cop
vfd
的大小来确定冷水机组在该两种模式下的性能优劣。
52.例如，当cop
cfd
＞cop
vfd
时，意味着以工频模式运行时冷水机组的性能优于以变频模式运行时的性能，从而可以执行操作s430。
53.又例如，当cop
cfd
＜cop
vfd
时，意味着以工频模式运行时冷水机组的性能优于以变频模式运行时的性能，从而可以执行操作s440。
54.再例如，当cop
cfd
＝cop
vfd
时，达到了运行模式的切换临界点。在一个实施例中，可以不对冷水机组的运行模式进行切换，保持达到该切换临界点之前的运行模式。在另一个实施例中，如达到该切换临界点，也可以控制运行模式进行切换。
55.在操作s430，当冷水机组100以工频模式运行的性能优于以变频模式运行的性能时，控制器101控制选择通过工频旁路线路103来驱动冷水机组100运行。
56.在操作s440，当冷水机组100以变频模式运行的性能优于以工频模式运行的性能时，控制器101控制选择通过变频线路102来驱动冷水机组100运行。
57.根据本公开的实施例，当控制器101控制冷水机组100从变频模式切换到工频模式运行时，控制器101可以先控制调整变频器11的输出侧供电的特征信号(例如，幅值、频率、相位或电流等)，然后待变频器11的输出侧供电的特征信号与工频旁路线路103一致后，控制器101再控制切换到工频旁路线路103来驱动冷水机组100的运行。例如，在变频模式与工频模式切换时，可以通过调整变频器11的幅值、频率、相位以及电流等保持与工频旁路线路103一致，从而可以一定程度上实现无缝切换，以减少对压缩机104的负载产生影响。
58.图5示意性示出了根据本公开实施例的冷水机组的cop性能曲线示意图。
59.结合图5，根据本公开的实施例，在操作s410之前可以先获取冷水机组100在以工频模式和变频模式运行时对应不同负荷状况的cop性能曲线。如上文描述，该cop性能曲线可以是通过软件仿真测试得到的，也可以是通过对冷水机组在所有负荷下进行测试得到的。该cop曲线反映了冷水机组在工频模式或变频模式下，随着负荷率x的变化冷水机组系能系数cop的变化。其中，负荷率x为制冷负荷与冷水机组满负荷运行时冷水机组所提供的制冷量的比率。
60.根据该cop性能曲线也可以明显看出，对于冷水机组而言，变频模式在低负荷状况下具有优势，而工频模式在高负荷状况下具有优势。
61.根据本公开的实施例，当获得了冷水机组的cop性能曲线后，控制器101就可以根据当前的负荷率，从cop性能曲线中查询出以工频模式运行的性能系数cop
cfd
和以变频模式运行的性能系数cop
vfd
的大小，从而确定出冷水机组的运行模式。
62.图6示意性示出了根据本公开另一实施例的冷水机组的控制方法的流程图。
63.如图6所示，根据该实施例的控制方法可以包括操作s601～操作s606。
64.首先在操作s601，根据设备情况获得冷水机组在不同负荷状况下冷水机组得性能数，例如，冷水机组在不同运行模式下、不同负荷状况下的性能系数cop和负荷率等。
65.然后在操作s602，计算冷水机组变频和定频工况下机组性能cop与负荷率x的关系：cop
vfd
＝f
vfd
(x)，cop
cfd
＝f
cfd
(x)，进而可以得到如图5所示的cop曲线。
66.在操作s603，在实际运行过程中，可以实时根据冷水机组的流量m，温度t，以及x＝f(m，t)，计算冷水机组当前的负荷率x。
67.在操作s604，根据冷水机组的负荷率x，得到cop
vd
和cop
cfd
的值，并判断co
pfd
≥cop
cfd
是否成立。例如，可以根据关系式cop
vfd
＝f
vfd
(x)，cop
cfd
＝f
cfd
(x)来计算cop
vfd
和cop
cfd
，并进行比较。或者例如，也可以根据负荷率x，从图5所示的cop曲线中读取cop
vfd
和cop
cfd
的值，然后进行比较。
68.在操作s605，当cop
vfd
≥cop
cfd
时，采用变频模式运行。
69.在操作s606，当cop
vfd
＜cop
cfd
时，采用工频模式运行。
70.图7示意性示出了根据本公开实施例的适于实现冷水机组的控制方法的电子设备700的方框图。该电子设备700可以为控制器101的一种实施例。
71.如图7所示，根据本公开实施例的电子设备700包括处理器701，其可以根据存储在只读存储器(rom)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(ram)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器701例如可以包括通用微处理器(例如cpu)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))等等。处理器701还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器701可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
72.在ram 703中，存储有电子设备700操作所需的各种程序和数据。处理器701、rom 702以及ram 703通过总线704彼此相连。处理器701通过执行rom 702和/或ram 703中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除rom 702和ram 703以外的一个或多个存储器中。处理器701也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。
73.根据本公开的实施例，电子设备700还可以包括输入/输出(i/o)接口705，输入/输出(i/o)接口705也连接至总线704。电子设备700还可以包括连接至i/o接口705的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至i/o接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。
74.本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
75.根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可
以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的rom 702和/或ram 703和/或rom 702和ram 703以外的一个或多个存储器。
76.本公开的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机系统中运行时，该程序代码用于使计算机系统实现本公开实施例所提供的控制方法。
77.在该计算机程序被处理器701执行时执行本公开实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
78.在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分709被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
79.在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被处理器701执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
80.根据本公开的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如java，c++，python，“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
81.附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
82.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
83.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。