安科瑞 劉邁

　　摘要：大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心能源綜合利用效率提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心,；綜合能源管控平臺,；架構(gòu)與功能

　　0引言

　　數(shù)據(jù)中心集群。

　　在中心建設(shè),，強(qiáng)化節(jié)能降耗要求,。

　　如何降低數(shù)據(jù)中心綠色電力供應(yīng)。

　　數(shù)據(jù)中心能源站,、冬奧村能源站,、光伏系統(tǒng)等子系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)能源的綜合調(diào)度與運(yùn)行管理,；參考文獻(xiàn)研究智慧能源管控平臺的架構(gòu)和主要功能,，主要功能包括多能實(shí)時監(jiān)測、多能優(yōu)化調(diào)度,、能源銷售一體化管理,、智能運(yùn)維、智慧能源增值服務(wù),；參考文獻(xiàn)研究空港智慧能源平臺架構(gòu)和主要技術(shù),；參考文獻(xiàn)針對負(fù)荷聚合商研究需求響應(yīng)平臺架構(gòu)和功能，功能包括資源管理,、負(fù)荷監(jiān)測,、響應(yīng)邀約、響應(yīng)申請,、響應(yīng)策略與控制,、響應(yīng)監(jiān)控、響應(yīng)補(bǔ)償,、響應(yīng)效果分析,。

　　相較于產(chǎn)業(yè)園區(qū)能源管控平臺，數(shù)據(jù)中心能源管控平臺不能套用常規(guī)的園區(qū)能源管控平臺,，需要根據(jù)用能架構(gòu)和能源供給方式,，深入研究其架構(gòu)與功能需求,。

　　1用能結(jié)構(gòu)分析

　　1.1用能需求

　　數(shù)據(jù)中心用能設(shè)備主要包括配電柜、不間斷電源,、交換機(jī),、服務(wù)器、供冷系統(tǒng),、環(huán)境監(jiān)控等用電設(shè)施,。其中，服務(wù)器和供冷系統(tǒng)占園區(qū)全部能耗的80%以上,。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì),，2020年中國數(shù)據(jù)中心用電量約占全社會總用電量的2.7%，預(yù)計(jì)2023年用電規(guī)模將繼續(xù)增長66%,。

　　1.2能源結(jié)構(gòu)

　　能源生產(chǎn)側(cè)：為滿足的能源需求,，大型數(shù)據(jù)中心可建設(shè)風(fēng)電場、光伏電場作為綠色主供電源,，園區(qū)布置分布式光伏進(jìn)一步提升綠色能源供給量,。

　　能源傳輸側(cè)：風(fēng)光電場可以通過接入公用電網(wǎng)后，以中長期綠電交易方式給園區(qū)供電,，還可通過專線,、專變方式給園區(qū)供電。為了平滑新能源電場出力,，新能源電場側(cè)部署儲能,；為了增加園區(qū)負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力，園區(qū)側(cè)部署儲能,。園區(qū)集中供冷提升供冷效率,，IT設(shè)備余熱可回收利用。

　　能源消費(fèi)側(cè)：建設(shè)充電樁,，挖掘算力,、充電樁等負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力，發(fā)揮綜合能源的互濟(jì)能力,。

　　2能源供給方式分析

　　為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色低價供電,，風(fēng)光電場的綠電供給有兩種方式：一是通過先上公網(wǎng)，然后通過中長期綠電交易供電方式,；二是綠色專線供電方式,。當(dāng)風(fēng)光電場較分散，近期無法實(shí)現(xiàn)專線供電的,，可采用中長期綠電交易方式,；風(fēng)光電場易于專線接入且公用電網(wǎng)同意作為園區(qū)備用的，可以專線接入園區(qū)供電,。

　　2.1中長期綠電交易方式

　　中長期綠電交易方式是通過代理園區(qū)內(nèi)的用電企業(yè),，作為整體代理參與綠色電力市場交易,，通過源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)控制和交易策略優(yōu)化，*大成本降低園區(qū)整體用能成本,，基本功能需求如下：

　　(1)綠電中長期交易,。

　　為提升服務(wù)器效率，數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器之間優(yōu)化調(diào)度,，從能源角度看,，負(fù)荷隨同數(shù)據(jù)任務(wù)映射變化。

　　因此,，數(shù)據(jù)中心需要根據(jù)數(shù)據(jù)任務(wù)的優(yōu)化調(diào)度,，結(jié)合園區(qū)儲能、分布式光伏,，實(shí)現(xiàn)園區(qū)用電和新能源發(fā)電的動態(tài)匹配，支撐實(shí)現(xiàn)電力市場中的綠色電力中長期交易,，為大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)提供長期穩(wěn)定低價的綠色電力,。

　　(2)聚合園區(qū)負(fù)荷降低園區(qū)整體成本。

　　聚合數(shù)據(jù)中心負(fù)荷,，結(jié)合峰谷時段電價以及現(xiàn)貨市場購電價格,，優(yōu)化調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)任務(wù)時段分布，合理調(diào)度儲能實(shí)施,，*大化降低園區(qū)公網(wǎng)購電費(fèi)用,。同時，在輔助服務(wù)市場中,，利用儲能設(shè)施和數(shù)據(jù)任務(wù)的調(diào)節(jié)能力,，爭取獲得額外收益。

　　2.2綠色專線供電方式

　　綠色專線供電方式是在物理層面新建輸電專線實(shí)現(xiàn)新能源綠色電力直供電給園區(qū),。由于新能源子系統(tǒng)不直接接入電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng),，而是通過園區(qū)綜合能源管控系統(tǒng)統(tǒng)一對接電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，因此,，專線供電模式除了聚合園區(qū)負(fù)荷降低園區(qū)整體用能成本需求外,，還需增加滿足電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行要求，具體如下：

　　(1)滿足電網(wǎng)調(diào)度接入要求,。風(fēng)光電場采用專線接入園區(qū),，綜合能源管控平臺需要與電網(wǎng)調(diào)度對接，接受調(diào)度運(yùn)行指令,。

　　(2)在公用電網(wǎng)具有額外調(diào)節(jié)能力的情況下,，消納風(fēng)光電場富余的電量。

　　3能源管控平臺架構(gòu)

　　能源管控平臺基于“互聯(lián)網(wǎng)+"理念,，采用“微服務(wù)+容器"技術(shù)構(gòu)建,。平臺上層與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通過與電力交易平臺交互,，以負(fù)荷聚合商參與電網(wǎng)第三方輔助服務(wù)，代理園區(qū)企業(yè)參與中長期綠電交易,。平臺下層與風(fēng)光儲場站系統(tǒng)和算力資源管理平臺對接,，交互風(fēng)光儲場站的發(fā)電量值和預(yù)測值等信息，交互算力資源管理平臺數(shù)據(jù)任務(wù)分配和預(yù)測值信息,。

　　平臺分層架構(gòu)具體闡述如下,，整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)中心綜合能源平臺架構(gòu)圖

　　1)應(yīng)用層

　　以微服務(wù)架構(gòu),，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營管理,、設(shè)備主動感知和預(yù)測、源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制,、綠色電力代交易,、能效管理等微應(yīng)用，提升數(shù)據(jù)中心能耗和碳排放,。

　　2)平臺層

　　平臺層分為業(yè)務(wù)PaaS層,、基礎(chǔ)PaaS層和IaaS層。

　　業(yè)務(wù)PaaS層：由眾多相互獨(dú)立,、可擴(kuò)展的共享微服務(wù)構(gòu)成,，包括采集與計(jì)量微服務(wù)、能源監(jiān)測微服務(wù),、告警微服務(wù),、組態(tài)圖形微服務(wù)。

　　基礎(chǔ)PaaS層：主要由微服務(wù)組件,、容器組件,、物聯(lián)網(wǎng)組件、AI計(jì)算組件構(gòu)成,。微服務(wù)組件為平臺微服務(wù)提供運(yùn)行監(jiān)控,、服務(wù)治理等基礎(chǔ)組件，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡,、服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn),、日志監(jiān)控等功能；容器組件實(shí)現(xiàn)容器鏡像管理和自動化部署,，以及容器級的自動擴(kuò)容和縮容能力,，支持微服務(wù)規(guī)模的彈性伸縮。物聯(lián)網(wǎng)組件支持多種能源終端的靈活接入,，實(shí)現(xiàn)多能系統(tǒng)規(guī)約轉(zhuǎn)換,。AI計(jì)算組件實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的充分挖掘，為上層應(yīng)用提供算力支撐。

　　IaaS層：實(shí)現(xiàn)服務(wù)器,、存儲,、網(wǎng)絡(luò)等物理設(shè)備虛擬化，向上層提供虛擬化的IT資源,。

　　3)邊緣層

　　邊緣層實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的采集,、規(guī)約轉(zhuǎn)換、園區(qū)綜合能源就地協(xié)調(diào)控制功能,，常用的邊緣設(shè)備有微電網(wǎng)控制器,、采集邊緣終端。

　　4)采集層

　　實(shí)現(xiàn)電,、冷,、水等終端設(shè)備的接入，以及園區(qū)空調(diào)群控系統(tǒng),、儲能變流器(PCS)通信網(wǎng)關(guān),、風(fēng)光逆變器通信網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)接入。

　　5)物理層

　　包括接入平臺的多能供給,、輸送,、消費(fèi)等設(shè)施。

　　4平臺功能研究

　　根據(jù)數(shù)據(jù)中心用能架構(gòu)和能源供給方式,，研究綜合能源管控平臺功能需求。平臺需要主動感知園區(qū)設(shè)備狀態(tài)和負(fù)荷信息,，交互電源側(cè)發(fā)電和預(yù)測信息,、算力資源管理平臺數(shù)據(jù)資源需求信息，通過綠電交易方式,，優(yōu)化調(diào)度園區(qū)負(fù)荷,，使得新能源消納率*高、能耗*低,、用能*經(jīng)濟(jì),。主要功能如下(與園區(qū)常規(guī)綜合能源平臺相同的需求不做重點(diǎn)研究)。

　　4.1能源需求預(yù)測

　　能源管控平臺主動感知園區(qū)分布式發(fā)電,、儲能和各類負(fù)荷的狀態(tài)和電氣量,。其中，風(fēng)光電場的電氣量通過風(fēng)光電場場站系統(tǒng)交互得到,，不需要另外增加采集和通信設(shè)備,。

　　新能源發(fā)電預(yù)測。風(fēng)光電場的發(fā)電預(yù)測可以由綜合能源平臺完成,，也可以由新能源場站子系統(tǒng)完成,。

　　園區(qū)的分布式能源發(fā)電預(yù)測。分布式發(fā)電預(yù)測是園區(qū)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基礎(chǔ)，根據(jù)園區(qū)分布式光伏的安裝容量,，經(jīng)濟(jì)性選擇發(fā)電預(yù)測的時間尺度,。如果園區(qū)分布式光伏裝機(jī)容量小，負(fù)荷遠(yuǎn)大于分布式能源的安裝容量時,，可不做發(fā)電預(yù)測,。

　　電負(fù)荷監(jiān)測和預(yù)測。實(shí)時監(jiān)測并統(tǒng)計(jì)分析IT設(shè)備的開機(jī)運(yùn)行,、用電負(fù)荷,、承接數(shù)據(jù)任務(wù)以及變化趨勢情況；交互算力平臺,，根據(jù)數(shù)據(jù)任務(wù)的規(guī)模,、類型，預(yù)測短中期數(shù)據(jù)中心的用電負(fù)荷,，為開展電力與算力協(xié)同優(yōu)化調(diào)度提供關(guān)鍵的信息支撐,。

　　冷負(fù)荷監(jiān)測和預(yù)測。根據(jù)園區(qū)氣溫,、濕度等氣象數(shù)據(jù),，以及用冷設(shè)備的開機(jī)運(yùn)行、用電負(fù)荷,、變化趨勢情況,，預(yù)測短中期用冷負(fù)荷需求，為開展數(shù)據(jù)中心冷熱負(fù)荷的靈活優(yōu)化調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐,。

　　4.2園區(qū)源網(wǎng)荷儲優(yōu)化調(diào)度

　　按照公用電網(wǎng)對于源網(wǎng)荷儲一體化項(xiàng)目調(diào)度運(yùn)行,、新能源消納、第三方輔助服務(wù)等技術(shù)要求,，根據(jù)算力平臺數(shù)據(jù)資源安排和可調(diào)節(jié)資源,，全局分析決策，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一體化優(yōu)化調(diào)度控制,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體效益*優(yōu),。具體包括：

　　綠電交易方式下多能經(jīng)濟(jì)調(diào)度。根據(jù)綠色電力市場交易規(guī)則,，以匹配源荷電力市場交易合約,、降低大數(shù)據(jù)園區(qū)用能成本為優(yōu)化目標(biāo)，提出數(shù)據(jù)中心IT用能功率調(diào)節(jié),、冷熱設(shè)備用能功率調(diào)節(jié),、新能源場站側(cè)和儲能設(shè)備充放電調(diào)節(jié)在內(nèi)的源網(wǎng)荷儲一體化調(diào)度運(yùn)營優(yōu)化策略。

　　電網(wǎng)中心IT用能功率調(diào)節(jié),、冷熱設(shè)備用能功率調(diào)節(jié),、新能源場站側(cè)和大數(shù)據(jù)園區(qū)側(cè)儲能設(shè)備充放電調(diào)節(jié)在內(nèi)的源網(wǎng)荷儲一體化輔助服務(wù)市場調(diào)度運(yùn)營優(yōu)化策略,。

　　數(shù)據(jù)任務(wù)和用電負(fù)荷需求映射優(yōu)化調(diào)度。由數(shù)據(jù)中心算力任務(wù)策略,。

　　算力任務(wù)與冷負(fù)荷需求映射優(yōu)化調(diào)度,。根據(jù)氣象氣溫和IT設(shè)備用能功耗信息映射到設(shè)備冷負(fù)荷需求，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心冷熱設(shè)備調(diào)節(jié)策略,，形成冷熱設(shè)備主動跟隨IT計(jì)算負(fù)荷,、動態(tài)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)等優(yōu)化調(diào)度方案。

　　4.3綠電代交易

　　基于歷史,、現(xiàn)況以及未來預(yù)測分析的電力市場交易,、風(fēng)光儲節(jié)點(diǎn)電價、負(fù)荷市場購電電價等綜合信息的實(shí)時監(jiān)測與預(yù)測評估,，動態(tài)評估源荷雙方綠色電力中長期交易執(zhí)行情況并分析評估偏差考核成本及違約考核風(fēng)險收益,，結(jié)合源網(wǎng)荷儲的綜合狀態(tài)與調(diào)節(jié)能力感知信息，進(jìn)行智能化決策優(yōu)化,，提出源荷互動實(shí)現(xiàn)綠色電力交易,、*大化實(shí)現(xiàn)智慧綠色大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目整體效益的優(yōu)化決策實(shí)施策略。

　　平臺可統(tǒng)一代理用戶與電力市場交易,，主要實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布,、客戶管理、協(xié)議管理,、電量預(yù)測,、需求申報、交易管理,、代理交易,、結(jié)算管理、用戶賬單管理,、收付款管理等功能。

　　4.4能效管理

　　動態(tài)管控園區(qū)整體電能利用效率PUE,、水利用效率WUE,、碳排放等關(guān)鍵能效和碳排放指標(biāo)，作為園區(qū)運(yùn)營和考核指標(biāo),，優(yōu)化園區(qū)用能策略,。

　　能耗監(jiān)測的功能一般包括能效和碳排放監(jiān)測、能效分析,、用能分析,、能效評估、碳審計(jì)等,。與常規(guī)園區(qū)的能效監(jiān)測相比,，數(shù)據(jù)中心考核指標(biāo)。

　　4.5運(yùn)營管理

　　數(shù)據(jù)中心綜合能源管理平臺作為園區(qū)平臺的一種，運(yùn)營管理與普通園區(qū)平臺功能類似,，通常包括設(shè)備管理,、智能運(yùn)維(設(shè)備監(jiān)測與告警、巡檢運(yùn)維,、故障研判等),、能源計(jì)量、運(yùn)維托管等功能,。

　　5安科瑞能耗統(tǒng)計(jì)分析（能源管理）解決方案

　　5.1概述

　　建立高效的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng),，對建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時測量，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績效考核指標(biāo),，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)情況，提高人員主動節(jié)能的意識,。

　?、佟〈罱〝?shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,；

　?、凇∨盘紨?shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電,、能量）,，實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

　?、邸^(qū)域能效比：實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比,，方便能耗考核；

　?、堋⊥谀苄П龋簩?shí)現(xiàn)同年,、同期、同一區(qū)域能耗對比,，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析,；

　　⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值,、標(biāo)準(zhǔn)值,、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；

　?、蕖∧芎母偁幣琶焊鱾€功能區(qū)能耗對比,，實(shí)現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)工作人員的節(jié)能意識,；

　?、摺δ芎牡氖褂脭?shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析,、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能,，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印,。為能耗運(yùn)營管理部門提供可靠的依據(jù)；

　?、唷∧芎臄?shù)據(jù)采集,，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,，監(jiān)測異常能源用量,，對能源智能儀表故障進(jìn)行報警，提高系統(tǒng)信息化,、自動化水平,。

　　5.2平臺部署硬件選型

　　6結(jié)語

　　隨著社會對數(shù)據(jù)中心因?yàn)榫G色電源供給方式(綠電交易或者綠電直供)、大容量儲能,、能耗管控,、算力資源與電冷負(fù)荷相互映射且可調(diào)節(jié)等特征，平臺功能需求與產(chǎn)業(yè)園區(qū)平臺相差很大,。

　　本文首先分析數(shù)據(jù)中心用能架構(gòu)和能源供給方式,，明確平臺建設(shè)邊界和交互系統(tǒng)，按照互聯(lián)網(wǎng)思維構(gòu)建平臺架構(gòu),，平臺上層與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng),、電力交易系統(tǒng)交互，平臺下層與風(fēng)光儲場站系統(tǒng)和算力資源管理平臺交互,。

　　然后根據(jù)用能和運(yùn)行特征,，研究平臺主要功能，包括：考慮綠電的供給方式不同,，研究綠電交易需求功能,；考慮算力資源動態(tài)可調(diào)節(jié)，研究能源管控平臺和算力平臺互動,，源荷儲互動優(yōu)化調(diào)度,；考慮算力與電冷負(fù)荷緊密互動，研究設(shè)備動態(tài)感知與預(yù)測,；考慮數(shù)據(jù)中心控能耗指標(biāo)要求，研究能效管理需求,。

　　本文提出的架構(gòu)與功能研究基于實(shí)際需求提出,，為平臺開發(fā)奠定基礎(chǔ)，避免數(shù)據(jù)中心綠色高效用能提供保障,。

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