【摘要】：隨著互聯(lián)網技術的蓬勃發(fā)展,數(shù)據中心逐漸成為信息化社會必不可少的重要基礎設施。數(shù)據中心服務器、存儲器、制冷機等設備需要全天候不間斷運行來完成大量計算任務,使數(shù)據中心產生巨額用電成本。目前以谷歌數(shù)據中心為代表的運營商引入可再生能源發(fā)電為數(shù)據中心供能,但是電網與可再生能源聯(lián)合供能時需要頻繁的交直流轉換,導致數(shù)據中心產生巨大的二次能耗,以及數(shù)據中心不間斷電源(UPS)僅作為供能故障情況下的備用電源,造成數(shù)據中心正常供能時UPS儲能電池的大量閑置。因此數(shù)據中心UPS作為備用的同時還需考慮其儲能功能。UPS儲能系統(tǒng)通過能量信息化和互聯(lián)網管控技術,利用數(shù)據中心UPS儲能功能,聯(lián)合可再生能源為數(shù)據中心供能,滿足數(shù)據中心不同運行狀態(tài)下的供能需求,提升可再生能源及儲能資源利用率,降低數(shù)據中心運營成本。因此,對UPS備用及儲能充放電特性及其功率輸出、UPS儲能系統(tǒng)參與數(shù)據中心供能的研究具有重要意義。論文首先對UPS儲能系統(tǒng)的具體架構進行研究,詳細闡述了 UPS儲能充放電特性,分析了分時電價下UPS作為備用及儲能時的充放電控制策略,考慮儲能電池溫度、性能衰減等因素對充放電輸出的影響,提出了 UPS儲能系統(tǒng)的充放電功率模型,模型刻畫了 UPS從單體電池層到儲能系統(tǒng)層的充放電功率輸出,實現(xiàn)了 UPS儲能系統(tǒng)充放電的定量化描述。其次針對數(shù)據中心UPS儲能電池充放電過程中,因SOC預測不確定可能導致儲能電池充放電過度的問題,分析了數(shù)據中心用電負載的備用電源及需求響應策略,考慮數(shù)據中心UPS備用響應能力,提出了作為備用時的功率輸出模型,兼顧UPS儲能充放電限制等約束,提出了 UPS儲能系統(tǒng)充放電調度框架,并以數(shù)據中心用電成本最小為目標,進一步提出了基于用電負載預測的UPS備用及儲能充放電調度模型,旨在最大化利用儲能資源,通過仿真驗證了所提模型的有效性。最后針對數(shù)據中心能耗過大以及可再生能源利用率低的問題,考慮了 UPS備用及儲能充放電特性,提出了 UPS備用充放電特性模型,兼顧數(shù)據中心服務器等設備的負載特性、UPS儲能電池約束及電網聯(lián)絡線功率限制等約束,并以數(shù)據中心日購電成本最小為目標,進一步提出了考慮UPS備用及儲能功能的數(shù)據中心電-冷聯(lián)供優(yōu)化模型,模型通過分支界定法求解。仿真算例以中石油數(shù)據中心一期工程為參考案例,以谷歌官方數(shù)據庫中工作負載數(shù)據為樣本展開算例仿真,通過決策UPS儲能充放電功率、光伏發(fā)電輸出功率以及數(shù)據中心服務器電負荷和冷負荷,結果表明,UPS儲能解決了光伏發(fā)電出力不確定及數(shù)據中心自身高能耗的問題,提高了數(shù)據中心可再生能源的利用率,大大降低了數(shù)據中心用電成本,提升了數(shù)據中心運行的經濟性。
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN86;TP308
【圖文】：

電池老化系數(shù)（ＡＥ）及電池內阻等因素［２１】。儲能變流器由ＤＣ／ＡＣ雙向變流器、控制單元逡逑等構成，可控制ＵＰＳ儲能系統(tǒng)的充電和放電過程并進行交直流的變換，在非并網狀態(tài)逡逑下可以直接為交流負荷供電［３９１。ＵＰＳ儲能系統(tǒng)具體架構如圖２．１所示。逡逑＾邋＾ＣＳ邋ｒ逡逑＾－ｆ－｜邐ＢＭＳ邋電池包：逡逑＝邋１，逡逑「Ｅｉ邋—邋＿Ｒ±邐８ｓ．邐ｇ，一一逡逑Ｌ邐Ｚ邋＾—邐－逡逑圖２．１邋ＵＰＳ儲能系統(tǒng)架構示意圖逡逑本節(jié)采用這種改進型的ＵＰＳ儲能系統(tǒng)，通過儲能管理系統(tǒng)和儲能變流器對儲能電逡逑池進行充放電管理，將數(shù)據中心正常運行時ＵＰＳ閑置儲能電池最大限度的利用起來。逡逑ＵＰＳ儲能系統(tǒng)能有效平抑可苒生能源發(fā)電的隨機性、不確定性，莨正實現(xiàn)可再免能源的逡逑高效利用，并有效解決大容量單體電池的安全性、可靠性、弱管控性問題。此外，通過逡逑構建儲能云平臺，基于能量信息化技術的ＵＰＳ儲能系統(tǒng)可以進一步利川虛擬Ｍ絡技術逡逑和信息物理技術對儲能電池進行更新迭代組合與管控

ｍｍ邋］邐Ｉ用電Ｓ備ｉｉ…Ｈ電設備ｎ｜逡逑圖２．２邋ＵＰＳ儲能系統(tǒng)日常運行示意圖逡逑數(shù)據中心ＵＰＳ儲能工作特性如圖２．２所示。其中設定ＵＰＳ儲能系統(tǒng)是在光伏發(fā)電逡逑出力不確定情況以及分時電價下進行充放電操作。根據數(shù)據中心能耗需求決策分析得到逡逑ＵＰＳ儲能系統(tǒng)需要輸出的總功率，通過控制中心發(fā)出功率輸出指令，經儲能并網雙向變逡逑流器、ＤＣ／ＤＣ變換器和儲能管控系統(tǒng)，控制儲能電池進行充放電操作，實現(xiàn)數(shù)據中心逡逑ＵＰＳ儲能與光伏發(fā)電的聯(lián)合供能。逡逑２．２．３邋ＵＰＳ備用及儲能充放電運行策略逡逑圖２．３所示為ＵＰＳ儲能系統(tǒng)充放電運行策略流程圖。綜合數(shù)據中心服務器負荷特性、逡逑光伏發(fā)電出力、ＵＰＳ備用及儲能充放電特性及分時電價政策可知，夜間下半夜電價處于逡逑低谷時段時，ＵＰＳ儲能系統(tǒng)從電網購電以補充功率缺口；白天上午電價處于高峰或平時逡逑段時，由ＵＰＳ儲能系統(tǒng)向數(shù)據中心供電；白天中午光伏發(fā)電充足，光伏出力大于數(shù)據逡逑中心負荷時段，光伏發(fā)電為數(shù)據中心供電之后剩余的電能對ＵＰＳ儲能系統(tǒng)進行充電，逡逑若ＵＰＳ儲能系統(tǒng)充滿后還有余電，則將余電向電網出售；夜間上半夜電價處于高峰時逡逑段時

逑上執(zhí)行，以確定ＵＰＳ儲能系統(tǒng)的最終充放電調度值并確保滿足實施中的控制約束，整逡逑個處理過程的步驟流程圖如圖３．３所示。在調度階段，數(shù)據中心預測下一個工作日中２４逡逑小時的服務器電負荷，并收集當天來自ＴＯＵ的電價信息數(shù)據，如圖３．２所示。逡逑—春天逡逑一４？一夏天邐令令邐令，々逡逑１５０．—令一冬天逡逑ｉ邋１00邋＿逡逑＾邐４邐？＇邋＃邋＃邋＃邋９邐９逡逑５０邋＿邋＾＾＾４４＾４４邐▲逡逑°0邐５邐１０邐１５邐２０邐２５逡逑時間／ｈ逡逑圖３．２邋—年中各時段的電價曲線逡逑調度模型每個小時從數(shù)據采集和管理系統(tǒng)（ＤＡＭＳ）接收ＵＰＳ儲能系統(tǒng)的ＳＯＣ實逡逑時測量結果，根據負荷預測模型，將收集的電價數(shù)據和測量所得的每小時ＳＯＣ狀態(tài)值，逡逑通過模型分析并執(zhí)行調度以產生每日剩余可用時間內ＵＰＳ儲能系統(tǒng)每小時的電池充放逡逑電時間集，調度每小時重復一次，每小時更新ＳＯＣ實時測量值。在每個時間段生成的逡逑所有充放電時間集存儲在ＤＡＭＳ中，以便為相應的實時調度程序進行調用。實時調度逡逑模型旨在響應調度時間集間隔之間可能發(fā)生的儲能電池ＳＯＣ狀態(tài)不確定性，為了盡可逡逑能多地滿足實時調度的執(zhí)行約束，調度模型每小時生成一天中所有剩余時間的全部時間逡逑集合中的當前小時數(shù)對應的時間集合

【參考文獻】

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本文編號：2760578