[发明专利]一种实现数据中心即时消纳光伏发电的变温控制方法

说明书

本发明涉及一种实现数据中心即时消纳光伏发电的变温控制方法，通过读取光伏实时出力值，调整冷却设备的电功率参考值，进而通过下垂控制以及比例积分控制调控数据中心冷却设备，使其功耗即时匹配光伏发电，实现就地消纳、以冷能的形式存储在数据中心机房里，降低数据中心机房温度或当光伏发电量大幅降低时，适当的提高数据中心机房温度，合理利用存储的冷能的功能，从而提高可再生能源利用率降低市电使用量。本发明综合考虑了光伏发电随机波动特性以及数据中心冷却系统柔性负荷特性，充分发挥了需求侧负荷的可控能力，与传统恒温控制方法相比，省去了蓄电池装置，能够适用于配备可再生供电的绿色数据中心，具有良好的技术经济性。

技术领域

本发明属于光伏供电调节领域，尤其是一种实现数据中心即时消纳光伏发电的变温控制方法。

背景技术

随着信息技术不断发展以及大数据、5G和物联网等先进信息技术的实现，数据中心耗电量不断增加。2019年我国数据中心总耗电量为1748亿kW·h，约为全社会总用电量的2.4％。据中国制冷学会数据中心冷却工作组预计，我国数据中心2021年耗电量将增至2500亿kW·h。数据中心高功率的耗能带来了两个严重后果。首先，数据中心购买这些电力带来了巨大的电费开销。其次，数据中心仍主要依赖从电网获取的棕色能源，这导致CO₂排放量急剧增加。在我国，数据中心用电主要以燃煤发电为主，仅有约20％的数据中心利用了可再生能源发电。我国可再生能源虽然发展迅速，如我国西北部地区将建成100GW级风光发电基地。但因电网统筹协调能力不足，弃风弃光现象时有发生。而分布广、耗电量大数据中心大规模发展即时就地消纳可再生能源带来了机遇。近年来，建设基于高比例可再生电源供电的绿色数据中心成为研究的热门领域。

为了提高能源利用效率以及增加可再生能源的利用比例，绿色和平组织(GreenPeace)提出了绿色IT的概念。绿色IT是在降低自身耗能的前提下，最大化利用可再生能源。目前国内外学者就绿色IT展开了前期研究。现有文献从可绿色感知、计算任务调度和冷却感知这三个方面进行了优化，大幅提高了可再生能源利用率。有学者建立了以绿色数据中心、可再生能源为关键负荷电源的直流供电系统，提高了数据中心的可再生能源占比。然而，以上研究往往基于传统恒温制冷控制模式，过量提供冷能以确保数据中心的恒定室内温度，造成能源无法合理利用的问题。

美国制冷空调供暖工程师学会(ASHRAE)出版的《数据处理环境热指南》规定了机房设计温度，ASHRAE提高了数据中心机房温度设计范围，根据A1～A4不同等级，将最高允许温度分别提升至32℃，35℃，40℃，45℃。且现有研究表明规模化专业数据中心机房内部人员较少，因此对运行温度的舒适性要求较低。已有学者通过研究发现，如果将数据中心机房温度提高5℃，制冷能耗将降低8％，在全国范围可以节省电量243亿kW·h，减排的二氧化碳为170万吨。因此动态调整数据中心机房温度能够大幅降低制冷能耗。

此外，以上在研究利用新能源为数据中心供电时，没有考虑数据中心制冷功耗与随机波动的可再生能源供应匹配问题，造成了数据中心制冷耗电成本的增加。因此，如何即时匹配制冷设备耗电与可再生能源发电，对数据中心实行变温控制，进而对数据中心进行节能是现在急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种实现数据中心即时消纳光伏发电的变温控制方法，能够使数据中心功耗即时匹配光伏发电，从而提高可再生能源利用率降低市电使用量。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种实现数据中心即时消纳光伏发电的变温控制方法，包括以下步骤：

步骤1、读取数据中心耗电设备参数，并建立数据中心耗电设备模型；