[發明專利]一種數據中心可再生能源平滑化供電方法

有效

• 申請號: 201710609143.6
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107248755B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 華宇;劉心馨;馮丹;陽玲;孫園園
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

技術領域

本發明屬于數據中心能耗技術領域，更具體地，涉及一種數據中心可再生能源平滑化供電方法。

背景技術

隨著云計算技術的不斷發展，數據中心的計算能力與規模正在急速增長，隨之而來的高功率的耗能帶來了兩個嚴重后果：首先，數據中心購買電力將帶來巨大電費開銷；其次，數據中心目前仍然主要依賴于從電網中獲取能源，其通過燃燒碳密集型化石燃料來產生大部分功率，巨大的能源消耗會導致負面的環境影響，加速了全球溫室效應。

由于可再生能源(如風能、太陽能)的低成本、無污染等特點，越來越多的公司開始建設部分或全部由可再生能源供電的數據中心。利用可再生能源為數據中心供電帶來了以下優點：(1)減少成本；(2)降低碳排放。但是，可再生能源供電也給數據中心帶來新的挑戰：(1)可再生能源的波動性會挑戰電網與數據中心的穩定性，同時頻繁轉換供能來源也會增加操作開銷；(2)可再生能源的間歇性會降低其利用率。

然而，現有的大多數方案都無法處理好第一個挑戰，忽略掉波動的可再生能源供應帶給電網和數據中心的沖擊，而有些工作采用將可再生能源全部存入電源存儲設備的做法來消除波動性，但這需要巨大的電池容量。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種數據中心可再生能源平滑化供電方法，該方法適用于數據中心對多種可再生能源的利用(如風能、太陽能)，無需要求巨大電池容量，便可有效平緩可再生能源的波動性，并在可再生能源平穩供應情況下實現最大化地使用可再生能源。

本發明提出一種數據中心可再生能源平滑化供電方法，包括以下步驟：

(1)可再生能源平滑化：判別當前電網所用可再生能源功率方差是否大于等于預定的閾值，是則認定可再生能源供電處于波動供能階段，轉步驟(2)；否則為穩定供能階段，轉步驟(3)；

(2)通過數據中心供電系統中的電能存儲設備進行充放電操作，按下述操作平滑該供能階段中可再生能源供能的波動，然后轉步驟(3)；

平滑操作如下：對每個屬于波動供能階段的時段(例如，一小時)分別進行平滑；可再生能源預測數據一般以5分鐘或1分鐘為粒度，在每個時段的開始(例如各個小時的第0分鐘)進行該時段平滑策略的計算；采取保持該時段供電平穩的最優電能存儲設備充放電策略；該策略確定了在每個粒度時間內(例如五分鐘)電能存儲設備應該放電或充電的總功率，從而使得在每個時段內，最終供應給數據中心的可再生能源是平滑穩定的；

(3)負載適配：采用基于貪心算法的負載延遲算法，對系統中的任務負載分類和排序；

所述任務負載分為兩類，一類是實時負載，如Web請求；另一類是可延遲負載，如批處理任務、科學計算；

對于實時負載立即執行；對可延時負載按可延時時間從小到大排序，在滿足任務負載所要求的最遲開始時間的條件下，將可延遲的任務負載延遲到該負載使用可再生能源最多的時間段運行；

所述閾值，用于劃分供電階段：根據所在電網可再生能源供能歷史數據和可再生能源供能預測數據，計算可再生能源功率方差，確定用于劃分階段的閾值；當一段時間(例如，一小時)內可再生能源供能的功率的方差值小于該閾值時，認定該時段屬于穩定供能階段，此時可再生能源本身較為平穩；當方差值大于等于該閾值時，認定該時段屬于波動供能階段。可再生能源供能功率預測數據可以由從氣象預報獲知的風速、降水等信息進行估算；歷史數據只是為了分析一個電網可再生能源整體情況以確定閾值；具體運用時以預測數據來進行階段劃分；

優選地，所述步驟(1)中閾值確定方法如下：

該閾值是根據當地可再生能源歷史數據及預測數據，計算各供電時段可再生能源總功率方差值，取方差值較小的前20％-30％的供電時段作為穩定供能階段；

所述時段指將供電時間按固定時長劃分成的時間區間，固定時長可取30-90分鐘。由于拿到的預測或者歷史數據一般是以1分鐘或5分鐘為粒度，相對而言1小時數據量比較合適，之后要在該時間段內(例如一小時)進行平滑化，該時間段越長，可能原始波動情況會越大，電池容量也需要更大。

優選地，所述步驟(2)中，電能存儲設備采用最優充放電策略實現平滑供電，具體步驟如下：