一种绿色数据中心备用能源系统优化设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种绿色数据中心备用能源系统优化设计方法，包括建立数据中心负荷模型、广义储能系统模型、移动发电车模型；确定用户UPS和电力公司移动发电车信息；确定停电后不同时段内必保负荷大小；确定应急能源系统供能策略；基于数据中心负荷模型、储能系统模型、移动发电车模型确定应急能源系统容量构成，最后建立基于广义储能和移动发电车的备用电源系统容量优化模型。本发明专利技术基于广义储能系统和移动发电车配合的数据中心备用能源系统容量优化设计方法，在满足数据中心高可靠性供能，以及绿色环保要求的前提下，通过合理配置冷储能系统，可大幅降低自备能源系统中昂贵的电储能系统容量，节省投资和运行费用，降低全寿命周期成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用户备用能源容量规划、设计及优化
，尤其涉及一种绿色数 据中心备用能源系统优化设计方法。
技术介绍
随着各行业网络化、信息化的不断推进，以及互联网+的快速发展，我国数据中心 的数量快速增长。据统计，我国现有数据中心数量约占全球总量的13%。数据中心能耗需 求具有用电密度高、冷负荷需求大、可靠性要求高的特点。要求数据中心机组全年不间断运 行，一般由2路以上市电供应，还需要足够容量的柴油发电机做备用。随着数据中心绿色化 水平要求的提高，数据中心采用固定柴油发电机做备用难以满足环保要求，且具有一定的 安全隐患。以往的研究侧重于提高数据中心能效。针对数据中心冷、电负荷需求平稳的特 点，有研究人员提出采用天然气分布式能源应用到数据中心能源供应。在天然气供应充足、 价格较低，电价、制冷价格较高的地区，能够降低数据中心能源费用。但在目前全国天然气 供应紧张，价格不断上涨的背景下，燃气分布式能源的能源供应可靠性难以满足数据中心 高可靠性需求。还有研究人员提出将水蓄冷空调系统应用在数据中心中，在峰谷电价差较 大的地区，能够降低电费，达到较好的经济效益。但没有论述水蓄冷空调对提高数据中心可 靠性的影响。随着分布式发电和微网的发展，储能系统应用从电网调频调压、削峰填谷，拓 展到配合可再生能源发电、微网等领域。近年来，研究重点主要集中在电储能系统配合可再 生能源并网发电，实现微网的并离网无缝切换以及离网运行的稳定可靠运行等方面。但电 储能系统成本较高，极大地限制了其推广应用。对蓄冷、蓄热等广义储能系统与电储能系统 的优化配置研究并不多见。移动发电车在欧美、日本等国外发电国家应用较为频繁，对提高 城市电网供电可靠性作用显著。随着经济社会发展，我国对电网供电可靠性要求也越来越 高，移动发电车的使用也越来越普及。但移动发电车实际利用率与国外发达国家相比还是 偏低。国内外对移动发电车的研究也比较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，旨在满足 数据中心高可靠性供能，以及绿色环保要求的前提下，优化备用能源容量配置。 本专利技术是这样实现的，，所述绿色 数据中心备用能源系统优化设计方法建立数据中心负荷模型、储能系统模型、移动发电车 模型；确定用户UPS和电力公司移动发电车信息；确定停电后不同时段内必保负荷大小； 确定应急能源系统供能策略；基于数据中心负荷模型、储能系统模型、移动发电车模型确定 应急能源系统容量构成，最后建立基于广义储能和移动发电车的备用电源系统容量优化模 型。进一步，所述数据中心负荷模型为数据中心必保负荷，包括必保纯电负荷Eo和必保冷 负荷C，必保纯电负荷为设备负荷；必保冷负荷为制冷负荷，必保负荷模型如下： Eo: ； C: ； 其中t代表停电后不同时段；Lec1it代表停电后t-1时刻至t时刻必保电负荷大小， kW ;Lat代表停电后t-Ι时刻至t时刻必保冷负荷大小，kW ;T。代表必保负荷允许的短时停 电时间，min ;1；代表必保负荷停电后需保证持续运行的时间，h 表必保电负荷自备电 源的功率，kW ;ED代表必保负荷自备电源的容量，kWh。 进一步，所述储能系统模型包括电储能、冷储能系统； 电储能系统以电化学储能系统为主，对电化学储能进行通用性建模，数学表达式 如下： 式中，EESit、EESit i分别代表t、t-ι时刻电储能系统的剩余能量，kWh ;E niE$ ES额 定能量容量，kWh ;sESit代表t时刻电储能系统的剩余能量水平，或称电储能系统的荷电状 态；Δ t为t-ι到t时刻的时间间隔，min ;PES,A t-ι至t时段ES实际充放电功率，kW，在 同一时段内的充放电功率为定值，且有： 式中，Pesix t为t时段电储能系统对外输出功率，kW，为正时代表放电，为负时代表 充电；nqES、n diES分别为电储能系统充、放电效率，需满足如下约束： 式中，Sf、其？分别代表电储能系统荷电状态运行上、下限； 冷储能系统数学表达式如下： 式中，ETS,t、ETS,t汾别代表t、t_l时刻冷储能系统的剩余能量，kWh ;E η,τ$冷储能 系统的额定储冷容量，kWh ;STSit代表t时刻冷储能系统的剩余能量水平；QTSitS t时段冷储 能系统实际蓄、放冷功率，kW，在同一时段内的蓄、放了冷功率为定值，且有： 式中，Qm t为t时段冷储能系统对外输出冷功率，kW，为正时代表放冷，为负时代 表蓄冷；％TS、ndiTS分别为冷储能系统蓄、放冷效率，冷储能系统满足如下约束： LlN 丄UO丄Λ 、" ^ 0/Q ^ 式中，％ , f分别代表冷储能系统剩余能量水平上、下限；fiL分别为 冷储能系统在t时段实际蓄、放冷功率上限，kW ; 分别为冷储能系统最大蓄、 放冷率，kW/kWh，分别代表冷储能系统蓄、放冷功率上限与冷储能系统额定容量的比例，分别代表冷储能系统在t时段所允许的最大放冷量和最 大蓄冷量，kWh。 进一步，所述移动发电车模型是第k个移动发电车功率PE(；ik、容量Ehu，最大发电 功率和最小发电功率出救时间TE(U，包括移动发电车所在地到数据中心路上的 时间，以及到达数据中心后的拉线、接线正式发电的相关准备时间。 进一步，所述建立基于广义储能和移动发电车的备用电源系统容量优化模型的目 标函数在全寿命周期内的净现值最低，包括投资加上年运行维护费用的净现值： 式中，Ceps为备用能源系统净现值；Cim分别代表备用能源系统初始投资费用；C imn代表第η年备用能源系统的运行维护费用；r为贴现率。 进一步，所述建立基于广义储能和移动发电车的备用电源系统容量优化模型的约 束条件，必保负荷小于等于备用能源功率： 式中，t属于0至ΤΝ，β 为空调能效系数； 必保负荷所需能源量小于等于备用能源能够提供的量： 本专利技术提供的绿色数据中心备用能源系统优化设计方法，该优化模型可取消柴油 发电机在自备能源系统中的配置，大幅降低昂贵的电储能系统容量，节省投资和运行费用， 进而降低全寿命周期成本；该优化模型可取消柴油发电机在自备能源系统中的配置，大幅 降低昂贵的电储能系统容量，节省投资和运行费用，进而降低全寿命周期成本。本专利技术基于 广义储能（电储能、蓄冷）系统和移动发电车配合的数据中心备用能源系统容量优化设计 方法，在满足数据中心高可靠性供能，以及绿色环保要求的前提下，通过合理配置冷储能系 统和移动发电车，可大幅降低自备能源系统中昂贵的电储能系统容量，节省投资。【附图说明】 图1是本专利技术实施例提供的绿色数据中心备用能源系统优化设计方法流程图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于 限定本专利技术。 本专利技术针对高可靠性绿色数据中心供能特性，以及广义储能系统和移动发电车的 特点，提出一种基于广义储能（电储能、蓄冷、蓄热）系统和移动发电车配合的数据当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绿色数据中心备用能源系统优化设计方法，其特征在于，所述绿色数据中心备用能源系统优化设计方法建立数据中心负荷模型、储能系统模型、移动发电车模型；确定用户UPS和电力公司移动发电车信息；确定停电后不同时段内必保负荷大小；确定应急能源系统供能策略；基于数据中心负荷模型、储能系统模型、移动发电车模型确定应急能源系统容量构成，最后建立基于广义储能和移动发电车的备用电源系统容量优化模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于波，韩慎朝，卢欣，项添春，于蓬勃，吴亮，杨延春，张长志，张超，赵晶，刘梦璇，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津;12