一种数据中心中CCHP系统的运行方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数据中心中CCHP系统的运行方法及系统，所述方法包括：获取数据中心DC在时间槽的数据负荷到达量；将所述数据负荷到达量带入预先构建的数据中心负荷模型，获得各种能源的需求量；所述数据中心负荷模型是基于数据中心负荷的用电需求与用冷需求进行构建。本发明专利技术考虑了数据中心中数据负荷处理量与用电需求和用冷能量需求的关系，该技术方案适用于数据中心，提高了电力系统能效。

Operation method and system of CCHP system in data center

【技术实现步骤摘要】
一种数据中心中CCHP系统的运行方法及系统
本专利技术涉及电力需求侧管理的需求响应
，具体涉及一种数据中心中CCHP系统的运行方法及系统。
技术介绍
随着大数据、云计算及“互联网+”的发展.数据中心(DataCenters,DC)在数量与规模上面临着爆发式增长。高能耗、高能源成本已经成为DC运营商面临的重要挑战之一。针对DC的各种节能技术已成为产业界和学术界关注的热点，基于各时刻的数据负荷处理量动态调整DC中IT设备等耗能组件的功率是DC节能的主要思路之一。此外，大型数据中心作为高能耗基础设施，在实际规划、建设过程中当地电网能够提供的最大电力容量往往是限制项目可行性、建设周期的关键因素之一。冷热电三联供(CombinedCooling,HeatingandPower,CCHP)为DC的建设和后期运营带来了新的理念。CCHP系统通过各种一次能源转换技术的集成运用，在一个区域内可为用户同时提供电、热、冷等多种能量，实现能源的梯级、高效利用，在电力资源供应紧张的地区，CCHP可以为DC提供一种新的能源解决方案。目前，关于CCHP系统的优化运行已有广泛研究，如宋宏升发表名称为北京某数据中心CCHP系统运行策略优化研究的文献中，提出了一种CCHP系统的优化运行策略，但这些优化策略对其供能负荷的影响考虑单一，导致现有优化策略并不适用于数据中心负荷。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种数据中心中CCHP系统的运行方法，包括：获取数据中心DC在时间槽的数据负荷到达量；将所述数据负荷到达量带入预先构建的数据中心负荷模型，获得各种能源的消耗量；所述数据中心负荷模型是基于数据中心负荷的用电需求与用冷需求进行构建；其中，所述能源包括天然气和电力。优选的，所述数据中心负荷模型的构建，包括：基于数据中心的设备运行参数、数据负荷到达量、用电需求和用冷需求，同时考虑成本最低构建目标函数和多个约束条件；所述约束条件包括：压缩式制冷机的功耗约束、燃气轮机的发电功率约束、燃气轮机用于驱动吸收式制冷机产生制冷量的约束、吸收式制冷机的功率约束、功率平衡约束和制冷需求约束；所述数据中心的设备包括边缘交换机、聚合交换机、核心交换机和服务器。优选的，所述功率平衡约束，如下式所示：式中：是DC中IT设备在时间槽t的功耗；是压缩式制冷机在时间槽t的功耗；pothers是DC中其它设备的功耗；是DC在时间槽t向外电网购买的功率；是燃气轮机在时间槽t的发电功率。优选的，所述DC中IT设备在时间槽t的功耗如下式所示：式中：λt是DC在时间槽t的数据负荷到达量；α为当以M/M/1排队模型描述数据负荷在DC中的被处理时间时，DC在数据负荷处理延迟界限下的处理单位数据负荷所需的功耗；所述处理单位数据负荷所需的功耗α，按下式计算：式中：μ是DC中服务器处理数据负荷的性能，D是数据负荷处理的延迟界限，spidle为DC中服务器的空闲功率；sppeak为DC中服务器的峰值功率；esp是DC中每个活跃边缘交换机的额定功耗；asp是DC中每个聚合交换机的额定功耗；csp是DC中每个核心交换机的额定功耗，A是DC中边缘交换机的数量；B是DC中聚合交换机的数量；C是DC中核心交换机的数量；M是DC中服务器的数量。优选的，所述制冷需求约束，如下式所示：式中：是DC为维持室内温度在时间槽t所需的制冷量；是压缩式制冷机在时间槽t的制冷量；是燃气轮机在时间槽t抽出的蒸汽用于驱动吸收式制冷机产生的制冷量；是吸收式制冷机在时间槽t的补燃制冷量。优选的，所述DC为维持室内温度在时间槽t所需的制冷量按下式计算：式中：Δt为时间间隔；为在时间槽t内DC的外部环境温度；Tin是DC的室内维持温度；R等效热阻；是DC中IT设备在时间槽t的功耗；pothers是DC中其它设备的功耗。优选的，所述燃气轮机用于驱动吸收式制冷机产生制冷量的约束，如下式所示：式中：是燃气轮机在时间槽t抽出的蒸汽用于驱动吸收式制冷机产生的制冷量；是燃气轮机在时间槽t抽出的蒸汽热量；ηa是吸收式制冷机的热回收效率；COPa是吸收式制冷机制冷系数；其中，所述吸收式制冷机的热回收效率ηa，按下式计算：式中：Ta1是吸收式制冷机发生器的烟气进口温度；Ta2是吸收式制冷机发生器的烟气出口温度；Tw是环境温度。优选的，所述目标函数，如下式所示：式中：rng是天然气价格；是燃气轮机在时间槽t消耗的天然气量；吸收式制冷机在时间槽t需要补燃的天然气量；是DC在时间槽t向外电网购买的功率；是外电网电价；T是时间周期；Δt为两个时间槽之间的时间间隔。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种数据中心中CCHP系统的运行系统，包括：获取模块，用于获取数据中心DC在时间槽的数据负荷到达量；计算模块，用于将所述数据负荷到达量带入预先构建的数据中心负荷模型，获得各种能源的消耗量；所述数据中心负荷模型是基于数据中心负荷的用电需求与用冷需求进行构建；其中，所述能源包括天然气和电力。优选的，所述系统还包括构建模块，用于构建数据中心负荷模型；所述构建模块包括：构建单元，用于基于数据中心的设备运行参数、数据负荷到达量、用电需求和用冷需求，同时考虑成本最低构建目标函数和多个约束条件；所述约束条件包括：压缩式制冷机的功耗约束、燃气轮机的发电功率约束、燃气轮机用于驱动吸收式制冷机产生制冷量的约束、吸收式制冷机的功率约束、功率平衡约束和制冷需求约束；所述数据中心的设备包括边缘交换机、聚合交换机、核心交换机和服务器。本专利技术中的到达量统计的是用户侧的数据；而处理量统计的是数据中心侧的数据；一般情况下处理量小于到达量，只有在理想状态下，用户的请求都可以被处理时，处理量等于到达量。本专利技术就是希望实现所有的请求都被处理的情况，因此本专利技术中的处理量等于到达量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的技术方案获取数据中心DC在时间槽的数据负荷到达量；将所述数据负荷到达量带入预先构建的数据中心负荷模型，获得各种能源的需求量；所述数据中心负荷模型是基于数据中心负荷的用电需求与用冷需求进行构建，该技术方案不仅考虑了用电需求和用冷能量需求，而且考虑了数据中心中数据负荷处理量，该技术方案适用于数据中心，提高了电力系统能效。本专利技术提供的技术方案首先建立考虑数据负荷处理量以及CCHP系统的DC负荷模型，然后依据数据负荷处理量和实时电价确定了DC中CCHP系统的运行策略，使得DC的用能成本降低，可节省DC的用能成本，并提高电力系统用能效率。本专利技术提供的技术方案建立了考虑数据负荷处理量以及CCHP系统的DC负荷模型，综合考虑数据负荷处理量结合CCHP建立DC的负荷模型，对DC负荷进行了较为准确和细致的刻画。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据中心中CCHP系统的运行方法，其特征在于，包括：/n获取数据中心DC在时间槽的数据负荷到达量；/n将所述数据负荷到达量带入预先构建的数据中心负荷模型，获得各种能源的消耗量；/n所述数据中心负荷模型是基于数据中心负荷的用电需求与用冷需求进行构建；/n其中，所述能源包括天然气和电力。/n

【技术特征摘要】
1.一种数据中心中CCHP系统的运行方法，其特征在于，包括：
获取数据中心DC在时间槽的数据负荷到达量；
将所述数据负荷到达量带入预先构建的数据中心负荷模型，获得各种能源的消耗量；
所述数据中心负荷模型是基于数据中心负荷的用电需求与用冷需求进行构建；
其中，所述能源包括天然气和电力。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据中心负荷模型的构建，包括：
基于数据中心的设备运行参数、数据负荷到达量、用电需求和用冷需求，同时考虑成本最低构建目标函数和多个约束条件；
所述约束条件包括：压缩式制冷机的功耗约束、燃气轮机的发电功率约束、燃气轮机用于驱动吸收式制冷机产生制冷量的约束、吸收式制冷机的功率约束、功率平衡约束和制冷需求约束；
所述数据中心的设备包括边缘交换机、聚合交换机、核心交换机和服务器。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述功率平衡约束，如下式所示：



式中：是DC中IT设备在时间槽t的功耗；是压缩式制冷机在时间槽t的功耗；pothers是DC中其它设备的功耗；是DC在时间槽t向外电网购买的功率；是燃气轮机在时间槽t的发电功率。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述DC中IT设备在时间槽t的功耗如下式所示：



式中：λt是DC在时间槽t的数据负荷到达量；α为当以M/M/1排队模型描述数据负荷在DC中的被处理时间时，DC在数据负荷处理延迟界限下的处理单位数据负荷所需的功耗；
所述处理单位数据负荷所需的功耗α，按下式计算：



式中：μ是DC中服务器处理数据负荷的性能，D是数据负荷处理的延迟界限，spidle为DC中服务器的空闲功率；sppeak为DC中服务器的峰值功率；esp是DC中每个活跃边缘交换机的额定功耗；asp是DC中每个聚合交换机的额定功耗；csp是DC中每个核心交换机的额定功耗，A是DC中边缘交换机的数量；B是DC中聚合交换机的数量；C是DC中核心交换机的数量；M是DC中服务器的数量。


5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述制冷需求约束，如下式所示：



式中：是DC为维持室内温度在时间槽t所需的制冷量；是压缩式制冷机在时间槽t的制冷量；是燃气轮机在时间槽t抽出的蒸汽用于驱动吸收式...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宋宋，李德智，刘强，李磊，刘晔，刘周斌，方磊，李剑白，陈珂，周颖，宫飞翔，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11