【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,數(shù)據(jù)中心逐漸成為信息化社會(huì)必不可少的重要基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、存儲(chǔ)器、制冷機(jī)等設(shè)備需要全天候不間斷運(yùn)行來(lái)完成大量計(jì)算任務(wù),使數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生巨額用電成本。目前以谷歌數(shù)據(jù)中心為代表的運(yùn)營(yíng)商引入可再生能源發(fā)電為數(shù)據(jù)中心供能,但是電網(wǎng)與可再生能源聯(lián)合供能時(shí)需要頻繁的交直流轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生巨大的二次能耗,以及數(shù)據(jù)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(jù)中心正常供能時(shí)UPS儲(chǔ)能電池的大量閑置。因此數(shù)據(jù)中心UPS作為備用的同時(shí)還需考慮其儲(chǔ)能功能。UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)能量信息化和互聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù),利用數(shù)據(jù)中心UPS儲(chǔ)能功能,聯(lián)合可再生能源為數(shù)據(jù)中心供能,滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心不同運(yùn)行狀態(tài)下的供能需求,提升可再生能源及儲(chǔ)能資源利用率,降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本。因此,對(duì)UPS備用及儲(chǔ)能充放電特性及其功率輸出、UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)參與數(shù)據(jù)中心供能的研究具有重要意義。論文首先對(duì)UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體架構(gòu)進(jìn)行研究,詳細(xì)闡述了 UPS儲(chǔ)能充放電特性,分析了分時(shí)電價(jià)下UPS作為備用及儲(chǔ)能時(shí)的充放電控制策略,考慮儲(chǔ)能電池溫度、性能衰減等因素對(duì)充放電輸出的影響,提出了 UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率模型,模型刻畫(huà)了 UPS從單體電池層到儲(chǔ)能系統(tǒng)層的充放電功率輸出,實(shí)現(xiàn)了 UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電的定量化描述。其次針對(duì)數(shù)據(jù)中心UPS儲(chǔ)能電池充放電過(guò)程中,因SOC預(yù)測(cè)不確定可能導(dǎo)致儲(chǔ)能電池充放電過(guò)度的問(wèn)題,分析了數(shù)據(jù)中心用電負(fù)載的備用電源及需求響應(yīng)策略,考慮數(shù)據(jù)中心UPS備用響應(yīng)能力,提出了作為備用時(shí)的功率輸出模型,兼顧UPS儲(chǔ)能充放電限制等約束,提出了 UPS儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電調(diào)度框架,并以數(shù)據(jù)中心用電成本最小為目標(biāo),進(jìn)一步提出了基于用電負(fù)載預(yù)測(cè)的UPS備用及儲(chǔ)能充放電調(diào)度模型,旨在最大化利用儲(chǔ)能資源,通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提模型的有效性。最后針對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗過(guò)大以及可再生能源利用率低的問(wèn)題,考慮了 UPS備用及儲(chǔ)能充放電特性,提出了 UPS備用充放電特性模型,兼顧數(shù)據(jù)中心服務(wù)器等設(shè)備的負(fù)載特性、UPS儲(chǔ)能電池約束及電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率限制等約束,并以數(shù)據(jù)中心日購(gòu)電成本最小為目標(biāo),進(jìn)一步提出了考慮UPS備用及儲(chǔ)能功能的數(shù)據(jù)中心電-冷聯(lián)供優(yōu)化模型,模型通過(guò)分支界定法求解。仿真算例以中石油數(shù)據(jù)中心一期工程為參考案例,以谷歌官方數(shù)據(jù)庫(kù)中工作負(fù)載數(shù)據(jù)為樣本展開(kāi)算例仿真,通過(guò)決策UPS儲(chǔ)能充放電功率、光伏發(fā)電輸出功率以及數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電負(fù)荷和冷負(fù)荷,結(jié)果表明,UPS儲(chǔ)能解決了光伏發(fā)電出力不確定及數(shù)據(jù)中心自身高能耗的問(wèn)題,提高了數(shù)據(jù)中心可再生能源的利用率,大大降低了數(shù)據(jù)中心用電成本,提升了數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN86;TP308
【圖文】：

電池老化系數(shù)（ＡＥ）及電池內(nèi)阻等因素［２１】。儲(chǔ)能變流器由ＤＣ／ＡＣ雙向變流器、控制單元逡逑等構(gòu)成，可控制ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電和放電過(guò)程并進(jìn)行交直流的變換，在非并網(wǎng)狀態(tài)逡逑下可以直接為交流負(fù)荷供電［３９１。ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)具體架構(gòu)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(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)示意圖逡逑本節(jié)采用這種改進(jìn)型的ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能變流器對(duì)儲(chǔ)能電逡逑池進(jìn)行充放電管理，將數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行時(shí)ＵＰＳ閑置儲(chǔ)能電池最大限度的利用起來(lái)。逡逑ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)能有效平抑可苒生能源發(fā)電的隨機(jī)性、不確定性，莨正實(shí)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(wèn)題。此外，通過(guò)逡逑構(gòu)建儲(chǔ)能云平臺(tái)，基于能量信息化技術(shù)的ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)可以進(jìn)一步利川虛擬Ｍ絡(luò)技術(shù)逡逑和信息物理技術(shù)對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行更新迭代組合與管控

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

逑上執(zhí)行，以確定ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)的最終充放電調(diào)度值并確保滿(mǎn)足實(shí)施中的控制約束，整逡逑個(gè)處理過(guò)程的步驟流程圖如圖３．３所示。在調(diào)度階段，數(shù)據(jù)中心預(yù)測(cè)下一個(gè)工作日中２４逡逑小時(shí)的服務(wù)器電負(fù)荷，并收集當(dāng)天來(lái)自ＴＯＵ的電價(jià)信息數(shù)據(jù)，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(shí)間／ｈ逡逑圖３．２邋—年中各時(shí)段的電價(jià)曲線(xiàn)逡逑調(diào)度模型每個(gè)小時(shí)從數(shù)據(jù)采集和管理系統(tǒng)（ＤＡＭＳ）接收ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)的ＳＯＣ實(shí)逡逑時(shí)測(cè)量結(jié)果，根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，將收集的電價(jià)數(shù)據(jù)和測(cè)量所得的每小時(shí)ＳＯＣ狀態(tài)值，逡逑通過(guò)模型分析并執(zhí)行調(diào)度以產(chǎn)生每日剩余可用時(shí)間內(nèi)ＵＰＳ儲(chǔ)能系統(tǒng)每小時(shí)的電池充放逡逑電時(shí)間集，調(diào)度每小時(shí)重復(fù)一次，每小時(shí)更新ＳＯＣ實(shí)時(shí)測(cè)量值。在每個(gè)時(shí)間段生成的逡逑所有充放電時(shí)間集存儲(chǔ)在ＤＡＭＳ中，以便為相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)度程序進(jìn)行調(diào)用。實(shí)時(shí)調(diào)度逡逑模型旨在響應(yīng)調(diào)度時(shí)間集間隔之間可能發(fā)生的儲(chǔ)能電池ＳＯＣ狀態(tài)不確定性，為了盡可逡逑能多地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)調(diào)度的執(zhí)行約束，調(diào)度模型每小時(shí)生成一天中所有剩余時(shí)間的全部時(shí)間逡逑集合中的當(dāng)前小時(shí)數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間集合

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2760578