[发明专利]一种基于需求侧响应的数据中心联络线功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统负荷控制技术领域，尤其涉及一种基于需求侧响应的数据中心联络线功率控制方法，涉及有可再生能源供能背景的数据中心参与电力系统需求侧响应的应用场合，尤其涉及一种新型的数据中心计算负荷和UPS(不间断电源)储能系统负荷的协调控制技术应用场合。

背景技术

随着云计算等信息技术的快速发展，各类数据中心在全球范围内进行广泛部署，其高能耗、高费用、高污染等问题日益突出。据统计，2013年仅数据中心单一设备的电能消耗量已占全球年均总电能消耗量的0.5％，预计到2020年，数据中心年均电能消耗量将占全球年均总电能消耗量的1％。就我国而言，数据中心的建设规模和能耗均以高于世界平均水平不断增长，据ICTResearch(北京汇信中通咨询有限公司)统计，2012年我国数据中心能耗高达664.5亿度，占当年全国工业用电量的1.8％；2015年我国数据中心能耗高达1000亿度，相当于整个三峡水电站一年的发电量。可见数据中心已成为诸多电力负荷中不可忽视的一部分。不断攀升的用电成本和日益严重的碳排放污染已成为制约数据中心可持续发展的首要因素。

针对上述问题，以风力发电和光伏发电为主的可再生能源为数据中心的节能降耗带来了新的契机，诸多知名IT企业正在逐步建设完全或者部分由可再生能源驱动的数据中心，例如Facebook建在俄勒冈州的太阳能数据中心和Green House Data(本领域技术人员所公知)建在怀俄明州的风能数据中心。然而不同于传统供电模式，可再生能源出力往往具有间歇性和随机性，当此类不稳定的电源供应接入后，将引起数据中心园区联络线功率较大幅度波动，同时随着可再生能源渗透率(即可再生能源额定功率占年负荷峰值的比例)的不断增加，其联络线功率的波动性将不断加强，不仅对数据中心各类设施的正常运行、园区供电可靠性构成威胁，也会对主网电压、频率稳定等造成冲击。因此无论是从保证数据中心园区的正常运维、提高可再生能源利用率的角度出发，还是考虑减轻对主网稳定性的冲击，可再生能源背景下的数据中心园区联络线功率控制方法是其能效管理领域中亟需研究的一个热点问题。

近年来已有针对数据中心可再生能源应用机制与策略的初步研究，主要包含以下三类：一是分析各类可再生能源的不同特性，并建立各类可再生能源模型和预测机制，以此来调度作业，匹配数据中心各类能耗与需求；二是进行数据中心能源配额规划，在满足相应能耗需求的前提下，进行最佳的能源组合以实现化石能源开销和碳排放量的最小化；三是研究由可再生能源供能的数据中心内作业调度机制，根据可再生能源出力变化，分级调度各类任务，调节服务器集群功耗状态，以最大化利用可再生能源或最小化运行成本。

由以上三点可以看到，已有研究是从数据中心如何最大化利用可再生能源的角度出发，或以最低用电费用为目标，但并未考虑可再生能源接入后对数据中心供电系统电能质量所带来的不利影响。而对于数据中心这类敏感型负荷，供电质量直接影响设备的安全可靠运行，这比减少主网耗电量更加值得引起重视。

当把数据中心(包含计算负荷，制冷照明负荷、UPS电源)以及园区内可再生能源整合为数据中心园区微网时，传统微网负荷需求响应控制技术可为解决上述问题提供新的思路。

发明内容

本发明提供了一种基于需求侧响应的数据中心联络线功率控制方法，本发明在保证用户服务质量和供电可靠性的前提下，通过动态调整服务器集群负荷和UPS蓄电池组的荷电状态以达到有效平抑数据中心园区联络线功率波动的目的，详见下文描述：

一种基于需求侧响应的数据中心联络线功率控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

采用双层低通滤波实现响应资源控制信号的制定，分别获取服务器集群负荷响应目标、UPS蓄电池组负荷响应目标；

应用基于任务延时机制的服务器集群负荷调控策略，获取服务器集群实际响应功率；调整当前控制时段的UPS蓄电池组荷电状态，获取UPS蓄电池组实际响应功率；

根据服务器集群实际响应功率和UPS蓄电池组实际响应功率，计算数据中心优化之后的联络线最终响应功率；

对最终响应功率和数据中心设备工作状态进行评估分析。

其中，所述采用双层低通滤波实现响应资源控制信号的制定，分别获取服务器集群负荷响应目标、UPS蓄电池组负荷响应目标的步骤具体为：

对第一级滤波之后的联络线目标功率进行处理，计算服务器集群负荷响应目标；

对第二级滤波之后的联络线目标功率进行处理，计算UPS蓄电池组负荷响应目标。

其中，所述第一级滤波之后的联络线目标功率具体为：