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摘要：大部分數(shù)據(jù)中心能源綜合利用效率提供了參考,。

關鍵詞：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，強化節(jié)能降耗要求,。

如何降低數(shù)據(jù)中心綠色電力供應,。

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,，實現(xiàn)能源的綜合調(diào)度與運行管理；參考文獻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時監(jiān)測,、多能優(yōu)化調(diào)度,、能源銷售一體化管理,、智能運維、智慧能源增值服務,；參考文獻研究空港智慧能源平臺架構(gòu)和主要技術(shù),；參考文獻針對負荷聚合商研究需求響應平臺架構(gòu)和功能，功能包括資源管理,、負荷監(jiān)測,、響應邀約、響應申請,、響應策略與控制,、響應監(jiān)控,、響應補償、響應效果分析,。

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

據(jù)統(tǒng)計,，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%，預計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)中心可建設風電場、光伏電場作為綠色主供電源,，園區(qū)布置分布式光伏進一步提升綠色能源供給量,。

能源傳輸側(cè)：風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設備余熱可回收利用。

能源消費側(cè)：建設充電樁,，挖掘算力,、充電樁等負荷的調(diào)節(jié)能力，發(fā)揮綜合能源的互濟能力,。

2能源供給方式分析

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色低價供電,，風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,。當風光電場較分散,，近期無法實現(xiàn)專線供電的，可采用中長期綠電交易方式,；風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,。

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

因此,，數(shù)據(jù)中心需要根據(jù)數(shù)據(jù)任務的優(yōu)化調(diào)度,，結(jié)合園區(qū)儲能、分布式光伏,，實現(xiàn)園區(qū)用電和新能源發(fā)電的動態(tài)匹配,，支撐實現(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)負荷降低園區(qū)整體成本,。

聚合數(shù)據(jù)中心負荷，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)任務時段分布,，合理調(diào)度儲能實施，*大化降低園區(qū)公網(wǎng)購電費用,。同時,，在輔助服務市場中，利用儲能設施和數(shù)據(jù)任務的調(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)度運行要求，具體如下：

(1)滿足電網(wǎng)調(diào)度接入要求,。風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+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,，以負荷聚合商參與電網(wǎng)第三方輔助服務，代理園區(qū)企業(yè)參與中長期綠電交易,。平臺下層與風光儲場站系統(tǒng)和算力資源管理平臺對接,，交互風光儲場站的發(fā)電量值和預測值等信息，交互算力資源管理平臺數(shù)據(jù)任務分配和預測值信息,。

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)應用層

以微服務架構(gòu),，實現(xiàn)運營管理,、設備主動感知和預測、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PaaS層,、基礎PaaS層和IaaS層。

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

基礎PaaS層：主要由微服務組件,、容器組件,、物聯(lián)網(wǎng)組件、AI計算組件構(gòu)成,。微服務組件為平臺微服務提供運行監(jiān)控,、服務治理等基礎組件，實現(xiàn)負載均衡,、服務注冊發(fā)現(xiàn),、日志監(jiān)控等功能；容器組件實現(xiàn)容器鏡像管理和自動化部署，以及容器級的自動擴容和縮容能力,，支持微服務規(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，實現(xiàn)多能系統(tǒng)規(guī)約轉(zhuǎn)換,。AI計算組件實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的充分挖掘,，為上層應用提供算力支撐。

IaaS層：實現(xiàn)服務器,、存儲,、網(wǎng)絡等物理設備虛擬化，向上層提供虛擬化的IT資源,。

3)邊緣層

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

4)采集層

實現(xiàn)電,、冷,、水等終端設備的接入，以及園區(qū)空調(diào)群控系統(tǒng),、儲能變流器(PCS)通信網(wǎng)關,、風光逆變器通信網(wǎng)關的數(shù)據(jù)接入。

5)物理層

包括接入平臺的多能供給,、輸送,、消費等設施。

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)設備狀態(tài)和負荷信息，交互電源側(cè)發(fā)電和預測信息,、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)負荷,，使得新能源消納率*高,、能耗*低、用能*經(jīng)濟,。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研究),。

4.1能源需求預測

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

新能源發(fā)電預測,。風光電場的發(fā)電預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)電預測,。分布式發(fā)電預測是園區(qū)經(jīng)濟調(diào)度的基礎，根據(jù)園區(qū)分布式光伏的安裝容量,，經(jīng)濟性選擇發(fā)電預測的時間尺度,。如果園區(qū)分布式光伏裝機容量小，負荷遠大于分布式能源的安裝容量時,，可不做發(fā)電預測,。

電負荷監(jiān)測和預測。實時監(jiān)測并統(tǒng)計分析IT設備的開機運行,、用電負荷,、承接數(shù)據(jù)任務以及變化趨勢情況；交互算力平臺,，根據(jù)數(shù)據(jù)任務的規(guī)模,、類型，預測短中期數(shù)據(jù)中心的用電負荷,，為開展電力與算力協(xié)同優(yōu)化調(diào)度提供關鍵的信息支撐,。

冷負荷監(jiān)測和預測。根據(jù)園區(qū)氣溫,、濕度等氣象數(shù)據(jù),，以及用冷設備的開機運行、用電負荷,、變化趨勢情況,，預測短中期用冷負荷需求，為開展數(shù)據(jù)中心冷熱負荷的靈活優(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)荷儲一體化項目調(diào)度運行,、新能源消納、第三方輔助服務等技術(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，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一體化優(yōu)化調(diào)度控制,，實現(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,，提出數(shù)據(jù)中心IT用能功率調(diào)節(jié)、冷熱設備用能功率調(diào)節(jié),、新能源場站側(cè)和儲能設備充放電調(diào)節(jié)在內(nèi)的源網(wǎng)荷儲一體化調(diào)度運營優(yōu)化策略,。

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

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

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

4.3綠電代交易

基于歷史,、現(xiàn)況以及未來預測分析的電力市場交易,、風光儲節(jié)點電價、負荷市場購電電價等綜合信息的實時監(jiān)測與預測評估,，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，進行智能化決策優(yōu)化,，提出源荷互動實現(xiàn)綠色電力交易,、*大化實現(xiàn)智慧綠色大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園項目整體效益的優(yōu)化決策實施策略。

平臺可統(tǒng)一代理用戶與電力市場交易,，主要實現(xiàn)信息發(fā)布,、客戶管理、協(xié)議管理,、電量預測,、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,、碳排放等關鍵能效和碳排放指標,，作為園區(qū)運營和考核指標，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,。

4.5運營管理

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

5安科瑞能耗統(tǒng)計分析（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),，對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析,。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標,，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識,。

①　搭建數(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)進行實時監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水,、電,、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化,；

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比,，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現(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準約束值,、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標,；

⑥　能耗競爭排名：各個功能區(qū)能耗對比,，實現(xiàn)能耗排名，增強工作人員的節(jié)能意識,；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析,、統(tǒng)計,、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,。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù),；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢,，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警,，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)中心因為綠色電源供給方式(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,；考慮算力與電冷負荷緊密互動,，研究設備動態(tài)感知與預測；考慮數(shù)據(jù)中心控能耗指標要求,，研究能效管理需求,。

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

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