一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，包括以下步骤：(1)获取输电网优化规划所需的数据；(2)根据数据中心的用能特性，建立数据中心能耗模型；(3)以输电网规划总成本最小构建上层

【技术实现步骤摘要】
一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法


[0001]本专利技术涉及电力系统规划
，特别涉及一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法。

技术介绍

[0002]传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统发展。而风光出力的随机性和波动性给新型电力系统的规划运行带来了挑战，尤其是输电阻塞、电网调峰压力过大问题凸显，仅依靠电网侧、电源侧的调节，提升输电线路馈线容量及火电灵活性，缓解输电线路短时阻塞及电网调峰压力，将面临较高的经济成本与设备利用效率降低问题，难以保障新型电力系统规划运行的经济性与安全性。相较之下，需求侧的调节规模小、速度快，可通过较低的经济成本提升系统调节能力。因此，充分发挥需求侧灵活性资源的调节作用对于以新能源为主体的新型电力系统具有重要意义。
[0003]与此同时，随着“新基建”的推进，数据中心的规模与能耗水平在不断增大，庞大的耗电量所带来的高昂用电成本将制约着数据中心的可持续发展。另一方面，数据负载具有时空转移特性，是一种能参与电网响应的需求侧灵活性资源，若在数据中心向输电网购电的过程中，充分挖掘数据中心的灵活用能潜力，增加数据中心与电网的互动，不仅可以缓解线路阻塞，提高电网规划的经济性与灵活性，还可以降低数据中心的用能成本。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，使输电网规划经济性提高的同时，有效降低数据中心的用能成本。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：获取输电网优化规划所需的数据；
[0008]步骤S2：根据数据中心的用能特性，建立数据中心能耗模型；
[0009]步骤S3：以输电网规划总成本最小构建上层
‑
规划层模型，决策输电线路的建设；
[0010]步骤S4：按照上层得到的输电网网架，以社会总发电成本最小构建中层
‑
出清层模型，优化常规发电厂出力，并得到市场出清后的节点边际电价；
[0011]步骤S5：基于中层得到的节点边际电价，以含数据中心在内的负荷购电成本最小构建下层
‑
运行层模型，优化数据中心用电，改进上层输电线路投资决策；
[0012]步骤S6：对模型进行求解，得到输电网网架规划的最优解。
[0013]进一步，所述步骤S1中，输电网优化规划所需的数据包括，风电场、光伏电站接入位置及出力曲线，常规发电厂接入位置及额定功率，数据中心接入位置，数据中心服务器参数，各节点负荷值和线路基本参数信息。
[0014]进一步，所述步骤S2中，数据中心能耗模型为：
[0015][0016]式中，P
IT
(t)、P
base
(t)、P
else
(t)分别为数据中心IT设施能耗、基础设施能耗、其他设施能耗，x
t
为t时刻服务器的CPU利用率；P
id
为单个服务器空闲状态下的能耗；P
op
为单个服务器运行状态下的能耗；λ
PUE
为数据中心电能利用效率；S
id,t
为t时刻处于空闲状态的服务器的数量；S
total
为服务器总量；V为服务器的运行参数；为t时刻需处理的数据负载量。
[0017]进一步，所述步骤S3中，以输电网规划总成本最小构建上层
‑
规划层模型，目标函数为：
[0018][0019]式中，N
L
为待选线路集；τ为贴现率；a
l
为线路规划年限；x
ij
为上层
‑
网架规划模型的决策变量表示节点i
‑
j间待选线路建设与否；为在节点i
‑
j间新建线路的投资成本；为下层
‑
运行层模型返回的目标函数值。
[0020]进一步，所述步骤S3中，还包括构建上层
‑
规划层模型的约束条件，约束条件包括系统潮流约束、待建线路条数约束、待建线路潮流约束、线路传输容量约束和线路投资预算约束；所述约束条件，具体包括：
[0021]①
系统潮流约束
[0022]Bθ＝P
G
+P
WT
+P
PV
‑
P
L
‑
P
DC
ꢀꢀꢀ
(3)
[0023]式中，B为节点导纳矩阵；θ为节点电压相角向量；P
G
为常规发电厂输出功率向量；P
WT
为风电场输出功率向量；P
PV
为光伏电站输出功率向量；P
L
为除数据中心以外负荷功率向量；P
DC
为数据中心功率向量。
[0024]②
待建设线路条数约束
[0025][0026]式中，为节点i
‑
j间最大允许的可建设线路条数。
[0027]③
待建线路潮流约束
[0028][0029]式中，B
ij
为线路i
‑
j的电纳；i为线路i
‑
j的首端节点；j为线路i
‑
j的末端节点；θ
i
为线路i
‑
j的首端节点i的相角；θ
j
为线路i
‑
j的末端节点j的相角。
[0030]④
线路传输容量约束
[0031]P
ij
≤P
ij,max
ꢀꢀꢀ
(6)
[0032]式中，P
ij
为节点i和节点j之间线路传输的功率；P
ij,max
为节点i和节点j之间线路的
最大传输容量。
[0033]⑥
线路投资预算约束
[0034][0035]式中，为线路投资预算的最大值。
[0036]进一步，所述步骤S4中，中层
‑
出清层目标函数为最小化社会总发电成本，其表达式为：
[0037][0038]式中，N
G
为常规发电厂集合；T为规划周期划分的总时段；P
G,n
(t)为t时的常规发电厂n的输出功率，S
2G,n
、S
1G,n
分别表示常规发电厂n的价格系数。
[0039]进一步，所述步骤S4中，构建中层
‑
出清层模型的约束条件，约束条件包括系统功率平衡约束、常规发电厂运行、爬坡、滑坡约束、系统旋转备用约束、断面潮流约束和风光出力约束；
[0040]所述约束条件具体包括：
[0041]①
系统功率平衡约束
[0042][0043]式中，N
b
、N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤S1：获取输电网优化规划所需的数据；步骤S2：根据数据中心的用能特性，建立数据中心能耗模型；步骤S3：以输电网规划总成本最小构建上层
‑
规划层模型；步骤S4：按照上层得到的输电网网架，以社会总发电成本最小构建中层
‑
出清层模型，优化常规发电厂出力，并得到市场出清后的节点边际电价；步骤S5：基于中层得到的节点边际电价，以含数据中心在内的负荷购电成本最小构建下层
‑
运行层模型；步骤S6：对模型进行求解，得到输电网网架规划的最优解。2.根据权利要求1所述的一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述步骤S1中，输电网优化规划所需的数据包括，风电场、光伏电站接入位置及出力曲线，常规发电厂接入位置及额定功率，数据中心接入位置，数据中心服务器参数，各节点负荷值和线路基本参数信息。3.根据权利要求2所述的一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述步骤S2中，数据中心能耗模型为：式中，P
IT
(t)、P
base
(t)、P
else
(t)分别为数据中心IT设施能耗、基础设施能耗、其他设施能耗，x
t
为t时刻服务器的CPU利用率；P
id
为单个服务器空闲状态下的能耗；P
op
为单个服务器运行状态下的能耗；λ
PUE
为数据中心电能利用效率；S
id,t
为t时刻处于空闲状态的服务器的数量；S
total
为服务器总量；V为服务器的运行参数；为t时刻需处理的数据负载量。4.根据权利要求1所述的一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，以输电网规划总成本最小构建上层
‑
规划层模型，目标函数为：式中，N
L
为待选线路集；τ为贴现率；a
l
为线路规划年限；x
ij
为上层
‑
网架规划模型的决策变量表示节点i
‑
j间待选线路建设与否；为在节点i
‑
j间新建线路的投资成本；为下层
‑
运行层模型返回的目标函数值。5.根据权利要求4所述的一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述步骤S3中，还包括构建上层
‑
规划层模型的约束条件，约束条件包括系统潮流约束、待建线路条数约束、待建线路潮流约束、线路传输容量约束和线路投资预算约束；所述约束条件，具体包括：
①
系统潮流约束
Bθ＝P
G
+P
WT
+P
PV
‑
P
L
‑
P
DC
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，B为节点导纳矩阵；θ为节点电压相角向量；P
G
为常规发电厂输出功率向量；P
WT
为风电场输出功率向量；P
PV
为光伏电站输出功率向量；P
L
为除数据中心以外负荷功率向量；P
DC
为数据中心功率向量。
②
待建线路条数约束式中，为节点i
‑
j间最大允许的可建设线路条数。
③
待建线路潮流约束式中，B
ij
为线路i
‑
j的电纳；i为线路i
‑
j的首端节点；j为线路i
‑
j的末端节点；θ
i
为线路i
‑
j的首端节点i的相角；θ
j
为线路i
‑
j的末端节点j的相角。
④
线路传输容量约束P
ij
≤P
ij,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，P
ij
为节点i和节点j之间线路传输的功率；P
ij,max
为节点i和节点j之间线路的最大传输容量。
⑤
线路投资预算约束式中，为线路投资预算的最大值。6.根据权利要求1所述的一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述步骤S4中，中层
‑
出清层目标函数为最小化社会总发电成本，其表达式为：式中，N
G
为常规发电厂集合；T为规划周期划分的总时段；P
G,n
(t)为t时的常规发电厂n的输出功率，S
2G,n
、S
1G,n
分别表示常规发电厂n的价格系数。7.根据权利要求6所述的一种考虑灵活性的数据中心的输电网规划方法，其特征在于：所述步骤S4中，构建中层
‑
出清层模型的约束条件，约束条件包括系统功率平衡约束、常规发电厂运行、爬坡、滑坡约束、系统旋转备用约束、断面潮流约束和风光出力约束；所述约束条件具体包括：
①
系统功率平衡约束式中，N
b
、N
WT
、N
PV
分别为输电网...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海峰，邓艺欣，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：