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《长沙理工大学》 2018年
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考虑不间断电源备用及储能功能的数据中心优化运行研究

陈璟  
【摘要】:随着互联网技术的蓬勃发展,数据中心逐渐成为信息化社会必不可少的重要基础设施。数据中心服务器、存储器、制冷机等设备需要全天候不间断运行来完成大量计算任务,使数据中心产生巨额用电成本。目前以谷歌数据中心为代表的运营商引入可再生能源发电为数据中心供能,但是电网与可再生能源联合供能时需要频繁的交直流转换,导致数据中心产生巨大的二次能耗,以及数据中心不间断电源(UPS)仅作为供能故障情况下的备用电源,造成数据中心正常供能时UPS储能电池的大量闲置。因此数据中心UPS作为备用的同时还需考虑其储能功能。UPS储能系统通过能量信息化和互联网管控技术,利用数据中心UPS储能功能,联合可再生能源为数据中心供能,满足数据中心不同运行状态下的供能需求,提升可再生能源及储能资源利用率,降低数据中心运营成本。因此,对UPS备用及储能充放电特性及其功率输出、UPS储能系统参与数据中心供能的研究具有重要意义。论文首先对UPS储能系统的具体架构进行研究,详细阐述了 UPS储能充放电特性,分析了分时电价下UPS作为备用及储能时的充放电控制策略,考虑储能电池温度、性能衰减等因素对充放电输出的影响,提出了 UPS储能系统的充放电功率模型,模型刻画了 UPS从单体电池层到储能系统层的充放电功率输出,实现了 UPS储能系统充放电的定量化描述。其次针对数据中心UPS储能电池充放电过程中,因SOC预测不确定可能导致储能电池充放电过度的问题,分析了数据中心用电负载的备用电源及需求响应策略,考虑数据中心UPS备用响应能力,提出了作为备用时的功率输出模型,兼顾UPS储能充放电限制等约束,提出了 UPS储能系统充放电调度框架,并以数据中心用电成本最小为目标,进一步提出了基于用电负载预测的UPS备用及储能充放电调度模型,旨在最大化利用储能资源,通过仿真验证了所提模型的有效性。最后针对数据中心能耗过大以及可再生能源利用率低的问题,考虑了 UPS备用及储能充放电特性,提出了 UPS备用充放电特性模型,兼顾数据中心服务器等设备的负载特性、UPS储能电池约束及电网联络线功率限制等约束,并以数据中心日购电成本最小为目标,进一步提出了考虑UPS备用及储能功能的数据中心电-冷联供优化模型,模型通过分支界定法求解。仿真算例以中石油数据中心一期工程为参考案例,以谷歌官方数据库中工作负载数据为样本展开算例仿真,通过决策UPS储能充放电功率、光伏发电输出功率以及数据中心服务器电负荷和冷负荷,结果表明,UPS储能解决了光伏发电出力不确定及数据中心自身高能耗的问题,提高了数据中心可再生能源的利用率,大大降低了数据中心用电成本,提升了数据中心运行的经济性。
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN86;TP308

【参考文献】
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