本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)負(fù)荷控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制方法，涉及有可再生能源供能背景的數(shù)據(jù)中心參與電力系統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)的應(yīng)用場合，尤其涉及一種新型的數(shù)據(jù)中心計(jì)算負(fù)荷和ups(不間斷電源)儲能系統(tǒng)負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制技術(shù)應(yīng)用場合。

背景技術(shù)：

隨著云計(jì)算等信息技術(shù)的快速發(fā)展，各類數(shù)據(jù)中心在全球范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛部署，其高能耗、高費(fèi)用、高污染等問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年僅數(shù)據(jù)中心單一設(shè)備的電能消耗量已占全球年均總電能消耗量的0.5％，預(yù)計(jì)到2020年，數(shù)據(jù)中心年均電能消耗量將占全球年均總電能消耗量的1％。就我國而言，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模和能耗均以高于世界平均水平不斷增長，據(jù)ictresearch(北京匯信中通咨詢有限公司)統(tǒng)計(jì)，2012年我國數(shù)據(jù)中心能耗高達(dá)664.5億度，占當(dāng)年全國工業(yè)用電量的1.8％；2015年我國數(shù)據(jù)中心能耗高達(dá)1000億度，相當(dāng)于整個(gè)三峽水電站一年的發(fā)電量?？梢姅?shù)據(jù)中心已成為諸多電力負(fù)荷中不可忽視的一部分。不斷攀升的用電成本和日益嚴(yán)重的碳排放污染已成為制約數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展的首要因素。

針對上述問題，以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為主的可再生能源為數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗帶來了新的契機(jī)，諸多知名it企業(yè)正在逐步建設(shè)完全或者部分由可再生能源驅(qū)動的數(shù)據(jù)中心，例如facebook建在俄勒岡州的太陽能數(shù)據(jù)中心和greenhousedata(本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知)建在懷俄明州的風(fēng)能數(shù)據(jù)中心。然而不同于傳統(tǒng)供電模式，可再生能源出力往往具有間歇性和隨機(jī)性，當(dāng)此類不穩(wěn)定的電源供應(yīng)接入后，將引起數(shù)據(jù)中心園區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率較大幅度波動，同時(shí)隨著可再生能源滲透率(即可再生能源額定功率占年負(fù)荷峰值的比例)的不斷增加，其聯(lián)絡(luò)線功率的波動性將不斷加強(qiáng)，不僅對數(shù)據(jù)中心各類設(shè)施的正常運(yùn)行、園區(qū)供電可靠性構(gòu)成威脅，也會對主網(wǎng)電壓、頻率穩(wěn)定等造成沖擊。因此無論是從保證數(shù)據(jù)中心園區(qū)的正常運(yùn)維、提高可再生能源利用率的角度出發(fā)，還是考慮減輕對主網(wǎng)穩(wěn)定性的沖擊，可再生能源背景下的數(shù)據(jù)中心園區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率控制方法是其能效管理領(lǐng)域中亟需研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

近年來已有針對數(shù)據(jù)中心可再生能源應(yīng)用機(jī)制與策略的初步研究，主要包含以下三類：一是分析各類可再生能源的不同特性，并建立各類可再生能源模型和預(yù)測機(jī)制，以此來調(diào)度作業(yè)，匹配數(shù)據(jù)中心各類能耗與需求；二是進(jìn)行數(shù)據(jù)中心能源配額規(guī)劃，在滿足相應(yīng)能耗需求的前提下，進(jìn)行最佳的能源組合以實(shí)現(xiàn)化石能源開銷和碳排放量的最小化；三是研究由可再生能源供能的數(shù)據(jù)中心內(nèi)作業(yè)調(diào)度機(jī)制，根據(jù)可再生能源出力變化，分級調(diào)度各類任務(wù)，調(diào)節(jié)服務(wù)器集群功耗狀態(tài)，以最大化利用可再生能源或最小化運(yùn)行成本。

由以上三點(diǎn)可以看到，已有研究是從數(shù)據(jù)中心如何最大化利用可再生能源的角度出發(fā)，或以最低用電費(fèi)用為目標(biāo)，但并未考慮可再生能源接入后對數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)電能質(zhì)量所帶來的不利影響。而對于數(shù)據(jù)中心這類敏感型負(fù)荷，供電質(zhì)量直接影響設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，這比減少主網(wǎng)耗電量更加值得引起重視。

當(dāng)把數(shù)據(jù)中心(包含計(jì)算負(fù)荷，制冷照明負(fù)荷、ups電源)以及園區(qū)內(nèi)可再生能源整合為數(shù)據(jù)中心園區(qū)微網(wǎng)時(shí)，傳統(tǒng)微網(wǎng)負(fù)荷需求響應(yīng)控制技術(shù)可為解決上述問題提供新的思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制方法，本發(fā)明在保證用戶服務(wù)質(zhì)量和供電可靠性的前提下，通過動態(tài)調(diào)整服務(wù)器集群負(fù)荷和ups蓄電池組的荷電狀態(tài)以達(dá)到有效平抑?jǐn)?shù)據(jù)中心園區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率波動的目的，詳見下文描述：

一種基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

采用雙層低通濾波實(shí)現(xiàn)響應(yīng)資源控制信號的制定，分別獲取服務(wù)器集群負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)、ups蓄電池組負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)；

應(yīng)用基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的服務(wù)器集群負(fù)荷調(diào)控策略，獲取服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)功率；調(diào)整當(dāng)前控制時(shí)段的ups蓄電池組荷電狀態(tài)，獲取ups蓄電池組實(shí)際響應(yīng)功率；

根據(jù)服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)功率和ups蓄電池組實(shí)際響應(yīng)功率，計(jì)算數(shù)據(jù)中心優(yōu)化之后的聯(lián)絡(luò)線最終響應(yīng)功率；

對最終響應(yīng)功率和數(shù)據(jù)中心設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行評估分析。

其中，所述采用雙層低通濾波實(shí)現(xiàn)響應(yīng)資源控制信號的制定，分別獲取服務(wù)器集群負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)、ups蓄電池組負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)的步驟具體為：

對第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率進(jìn)行處理，計(jì)算服務(wù)器集群負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)；

對第二級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率進(jìn)行處理，計(jì)算ups蓄電池組負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)。

其中，所述第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率具體為：

對初始聯(lián)絡(luò)功率進(jìn)行第一級低通濾波，得到第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率。

其中，所述第二級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率具體為：

對第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率進(jìn)行第二級低通濾波，得到第二級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率。

所述應(yīng)用基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的服務(wù)器集群負(fù)荷調(diào)控策略，獲取服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)功率的步驟具體為：

根據(jù)容忍型基本任務(wù)單元的最大可延遲時(shí)間確定各類任務(wù)可延時(shí)區(qū)間；服務(wù)器集群負(fù)荷目標(biāo)響應(yīng)優(yōu)化問題形成；

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)度各類延時(shí)容忍型用戶任務(wù)請求，完成服務(wù)器集群負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)，使得新能源數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線波動中的高頻部分得到抑制。

所述容忍型基本任務(wù)單元的最大延遲時(shí)間為：要求響應(yīng)時(shí)間、與原始響應(yīng)時(shí)間之差。

所述根據(jù)容忍型基本任務(wù)單元的最大可延遲時(shí)間確定各類任務(wù)可延時(shí)區(qū)間步驟具體為：

式中：表示最大可延遲時(shí)間；αk,i為第i個(gè)控制時(shí)段到達(dá)的第k類任務(wù)最大可遷移分鐘區(qū)間數(shù)；ak,i表示由前面時(shí)段向第i分鐘內(nèi)移入的任務(wù)數(shù)量；x^k(i-t)→i為由第i-t分鐘向第i分鐘移來的第k類基本任務(wù)單元數(shù)量；bk,i表示向后時(shí)段遷移的任務(wù)單元數(shù)量；x^ki→(i+t)為由第i分鐘向后第i+t分鐘移去的第k類基本任務(wù)單元數(shù)量；n為用戶請求的類數(shù)。

所述服務(wù)器集群負(fù)荷目標(biāo)響應(yīng)優(yōu)化問題形成具體為：

服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)負(fù)荷在約束下跟隨控制信號，實(shí)現(xiàn)差距最小化；

設(shè)計(jì)服務(wù)器集群平均資源利用率的上下限，防止數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)計(jì)算資源過度浪費(fèi)和使用；

任務(wù)遷移不違背各類任務(wù)的要求響應(yīng)時(shí)間；對可遷移任務(wù)量進(jìn)行約束。

其中，所述初始聯(lián)絡(luò)功率具體為：

在當(dāng)前第i個(gè)控制時(shí)段的開始時(shí)刻，由服務(wù)器集群初始資源利用率計(jì)算服務(wù)集群初始工作負(fù)荷；根據(jù)數(shù)據(jù)中心工作狀況計(jì)算不可控負(fù)荷；觀測數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)可再生能源出力；計(jì)算數(shù)據(jù)中心初始聯(lián)絡(luò)線功率。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：

1、本方法采用雙層低通濾波實(shí)現(xiàn)響應(yīng)資源控制信號的制定，分別由服務(wù)器集群和ups蓄電池組完成對高、低頻波動的補(bǔ)償；

2、本方法充分利用了服務(wù)器集群中計(jì)算負(fù)荷的快速響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對高頻波動部分的快速響應(yīng)，有效彌補(bǔ)了單獨(dú)依靠儲能單元響應(yīng)高頻波動造成的過頻繁充放電而嚴(yán)重影響蓄電池組使用壽命的弊端；

3、ups蓄電池組可以在滿足后備供電容量的約束下，以較緩的充放電使用頻度完成對聯(lián)絡(luò)線功率低頻成分的平抑，從而保證設(shè)備可靠性，極大程度降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；

4、本方法提高了數(shù)據(jù)中心園區(qū)的電能質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)中心各設(shè)備的可靠運(yùn)行，降低了因微網(wǎng)系統(tǒng)功率波動造成的對主網(wǎng)的沖擊。

附圖說明

圖1為典型的有可再生能源供能的數(shù)據(jù)中心微網(wǎng)架構(gòu)的示意圖；

圖2為應(yīng)用于含可再生能源的數(shù)據(jù)中心模型的聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑過程的示意圖；

圖3為任務(wù)延時(shí)示意圖；

圖4為頻率補(bǔ)償示意圖；

圖5為數(shù)據(jù)中心微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動控制框架的示意圖；

圖6為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)聯(lián)絡(luò)線功率變化過程(服務(wù)器集群響應(yīng))的示意圖；

圖7為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑最終響應(yīng)結(jié)果的示意圖；

圖8為考慮可再生能源滲透率的聯(lián)絡(luò)線功率變化過程(最終響應(yīng))的示意圖；

圖9為考慮可再生能源滲透率的聯(lián)絡(luò)線功率波動概率分布的示意圖；

圖10為考慮服務(wù)器集群平均資源利用率的聯(lián)絡(luò)線功率變化過程(服務(wù)器集群響應(yīng))的示意圖；

圖11為考慮服務(wù)器集群平均資源利用率的聯(lián)絡(luò)線功率變化過程(最終響應(yīng))的示意圖；

圖12為考慮服務(wù)器集群資源利用率的聯(lián)絡(luò)線功率波動概率分布的示意圖；

圖13為考慮第一級濾波時(shí)間常數(shù)變化的聯(lián)絡(luò)線功率變化過程的示意圖；

圖14為考慮第一級濾波時(shí)間常數(shù)變化的聯(lián)絡(luò)線功率波動概率分布的示意圖；

圖15為考慮第二級濾波時(shí)間常數(shù)變化的聯(lián)絡(luò)線功率變化過程的示意圖；

圖16為考慮第二級濾波時(shí)間常數(shù)變化的聯(lián)絡(luò)線功率波動概率分布的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本方法突破傳統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)研究中將it負(fù)荷視為不可控的局限，通過對各類用戶請求任務(wù)特性進(jìn)行分析，確立數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群負(fù)荷具有可調(diào)控性，建立基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的服務(wù)器集群負(fù)荷模型，將其作為需求側(cè)響應(yīng)可控資源，并聯(lián)合數(shù)據(jù)中心ups儲能系統(tǒng)，提出一種數(shù)據(jù)中心園區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率控制方法，在保證用戶服務(wù)質(zhì)量和供電可靠性的前提下，通過動態(tài)調(diào)整服務(wù)器集群負(fù)荷和ups蓄電池組的荷電狀態(tài)以達(dá)到有效平抑?jǐn)?shù)據(jù)中心園區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率波動的目的。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制方法，該方法包括以下步驟：

101：分析數(shù)據(jù)中心用戶任務(wù)請求的差異性，得出數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器集群負(fù)荷具有可調(diào)控性、且參與需求側(cè)響應(yīng)控制的理論；

102：建立基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的服務(wù)器集群可控負(fù)荷模型，同時(shí)配合數(shù)據(jù)中心內(nèi)部冗余ups儲能系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心需求側(cè)響應(yīng)資源模型；

103：在保證數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量和后備供電可靠性的基礎(chǔ)上，動態(tài)調(diào)整服務(wù)器集群負(fù)荷和ups蓄電池組的工作狀態(tài)，使二者跟隨目標(biāo)控制信號，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動的有效平抑；

104：達(dá)到在保證數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)設(shè)備可靠運(yùn)行的同時(shí)，降低數(shù)據(jù)中心微網(wǎng)系統(tǒng)對主網(wǎng)沖擊的目的。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過上述步驟101-步驟104充分利用了服務(wù)器集群中計(jì)算負(fù)荷的快速響應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)對高頻波動部分的快速響應(yīng)，有效彌補(bǔ)了單獨(dú)依靠儲能單元響應(yīng)高頻波動造成的過頻繁充放電而嚴(yán)重影響蓄電池組使用壽命的弊端。

實(shí)施例2

下面結(jié)合具體的計(jì)算公式、實(shí)例對實(shí)施例1中的方案進(jìn)行進(jìn)一步地介紹，詳見下文描述：

201：對數(shù)據(jù)中心需求響應(yīng)的分析；

1)含可再生能源的數(shù)據(jù)中心園區(qū)微網(wǎng)的分析；

本方法所提出的數(shù)據(jù)中心用能系統(tǒng)由分布式可再生能源、ups儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、計(jì)算負(fù)荷和其他支撐裝置等匯集而成的小型發(fā)—配—用電的微網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1所示。當(dāng)不考慮功率損耗時(shí)，數(shù)據(jù)中心微網(wǎng)的功率平衡方程為：

ptl,i+pups,i+(pw,i+pv,i)＝pclusters,i+pul,i(1)

式中：pw,i為風(fēng)力發(fā)電在第i分鐘的實(shí)時(shí)出力，本方法研究的時(shí)間粒度為1分鐘(具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要對具體取值進(jìn)行限定，本發(fā)明實(shí)施例對此不做限制)；pv,i為太陽能光伏發(fā)電在第i分鐘的實(shí)時(shí)出力；pups,i為ups蓄電池組實(shí)時(shí)出力，規(guī)定放電為正，充電為負(fù)；ptl,i為主網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線向數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)注入的功率；pclusters,i為服務(wù)器集群負(fù)荷；pul,i為制冷、照明等其他負(fù)荷。

由式(1)可知，風(fēng)光出力的波動將引起數(shù)據(jù)中心園區(qū)的聯(lián)絡(luò)線功率波動，隨著可再生能源滲透率的增大，聯(lián)絡(luò)線功率波動性會不斷加劇。

本方法提出了一種基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑新方法，極大程度降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，控制過程如圖2所示。

2)基于任務(wù)遷移的服務(wù)器集群負(fù)荷分析；

本發(fā)明所提出的數(shù)據(jù)中心功率控制方法突破傳統(tǒng)需求響應(yīng)研究中將it設(shè)備作為不可控負(fù)荷的局限，在分析數(shù)據(jù)中心工作原理和負(fù)荷特征的基礎(chǔ)上，確立數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器集群負(fù)荷具有可調(diào)控性，能夠作為需求側(cè)響應(yīng)可控資源的結(jié)論，分析過程如下：

作為數(shù)據(jù)中心的核心功能模塊，服務(wù)器集群每時(shí)每刻都在處理大量用戶請求，根據(jù)任務(wù)所需響應(yīng)時(shí)間可將計(jì)算負(fù)載分為延時(shí)敏感型請求和延時(shí)容忍型請求。其中延時(shí)敏感型請求要求數(shù)據(jù)中心無延時(shí)的響應(yīng)計(jì)算并完成請求，此類請求包括：網(wǎng)頁搜索和即時(shí)通信等；而延時(shí)容忍型請求則只需要在規(guī)定的最大截止時(shí)間之前完成運(yùn)行即可，如科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)處理任務(wù)。圖3表現(xiàn)出兩類任務(wù)的區(qū)別。

首先，量化各類任務(wù)由不同數(shù)量的基本任務(wù)單元組成，處理基本任務(wù)單元需要定量的服務(wù)器資源，處理時(shí)間為dbase。因此，當(dāng)延時(shí)敏感型請求(在此簡化其由基本任務(wù)單元組成)在ts,arrival時(shí)到達(dá)，則需要立刻進(jìn)行處理，因此其要求完成時(shí)刻為ts,deadline＝ts,arrival+dbase。而對于延時(shí)容忍型請求在tt,arrival時(shí)到達(dá)，用戶可容忍延時(shí)處理時(shí)間為δddelay,max，則該請求最遲可在tt,arrival,max＝ts,arrival+δddelay,max時(shí)刻開始處理，在tt,deadline,max＝tt,arrival,max+dbase＝(ts,arrival+δddelay,max)+dbase時(shí)刻結(jié)束，其中，tt,deadline,max為延時(shí)容忍型任務(wù)完成截止時(shí)刻；tt,arrival,max為延時(shí)容忍型任務(wù)最遲處理時(shí)刻。

即容忍型計(jì)算任務(wù)的開始處理時(shí)間可在[tt,arrival,tt,arrival,max]時(shí)間段內(nèi)隨意遷移而不會違反服務(wù)等級協(xié)議(service-levelagreement，sla)破壞用戶滿意度。本控制方法正是利用延時(shí)容忍型請求這一特性，通過動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)中心不同時(shí)段的任務(wù)處理數(shù)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算負(fù)荷和能耗控制。

在本方法中，單個(gè)服務(wù)器的負(fù)荷pserver可由以下模型表示：

pserver＝pidle+(pmax-pidle)h(2)

式中：pidle和pmax分別表示單個(gè)服務(wù)器的空載和滿載負(fù)荷；h表示服務(wù)器的綜合資源(內(nèi)存、cpu、i/o口等資源)利用率，其定義見式(4)。假定所有服務(wù)器采用同一結(jié)構(gòu)同一型號，因此數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群負(fù)荷pclusters,i可由以下模型表示：

pclusters,i＝[pidle+(pmax-pidle)hi]mi(3)

式中：hi和mi分別表示服務(wù)器集群在第i分鐘的平均資源利用率和開啟數(shù)量?？紤]到頻繁調(diào)整服務(wù)器的開啟數(shù)量將增大開關(guān)能耗且嚴(yán)重削減服務(wù)器壽命，因此在服務(wù)器負(fù)荷控制過程中暫不考慮調(diào)整服務(wù)器集群開啟數(shù)量策略，則mi為固定值m0，僅通過調(diào)整平均資源利用率hi以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器集群負(fù)荷的改變。

利用服務(wù)器集群平均忙時(shí)間tbusy,i與控制時(shí)間步長δt(本方法設(shè)定為1分鐘，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要對具體取值進(jìn)行限定，本發(fā)明實(shí)施例對此不做限制)的比值來表示其平均資源利用率，如下所示：

在高性能計(jì)算數(shù)據(jù)中心中，1個(gè)基本任務(wù)單元的計(jì)算時(shí)間小于1分鐘的時(shí)間步長δt，因此可將時(shí)間步長δt依dbase分成q個(gè)區(qū)間，并假設(shè)所有基本任務(wù)單元在每個(gè)區(qū)間起始時(shí)到達(dá)，各類基本任務(wù)單元在第i分鐘內(nèi)每個(gè)區(qū)間的初始平均到達(dá)數(shù)量為λk,i，k＝1,2,…,n為任務(wù)種類編號。

由于延時(shí)容忍型基本任務(wù)單元可被遷移，因此在當(dāng)前第i分鐘內(nèi)需要考慮：

1)由ak,i表示的從前面時(shí)段向第i分鐘內(nèi)每個(gè)區(qū)間遷移來的基本任務(wù)單元數(shù)量；

2)由bk,i表示的本時(shí)間段到達(dá)但又延時(shí)遷去后面時(shí)段的基本任務(wù)單元數(shù)量，因此λ'k,i為各類基本任務(wù)單元在第i分鐘內(nèi)每個(gè)區(qū)間的真實(shí)到達(dá)量。

式(4)中δ表示單個(gè)服務(wù)器正常狀態(tài)下每分鐘處理基本任務(wù)單元的個(gè)數(shù)，即處理速率，單位為min^-1。

式(3)、(4)聯(lián)立，從數(shù)學(xué)角度描述了數(shù)據(jù)中心兩類計(jì)算任務(wù)和能耗間關(guān)系。理論模型清晰的表述了可以通過任務(wù)延時(shí)策略調(diào)整不同時(shí)段的任務(wù)計(jì)算量，改變服務(wù)器集群的平均資源利用率，進(jìn)而動態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群負(fù)荷的大小，以滿足不同類型的需求側(cè)響應(yīng)要求。

202：基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制過程；

數(shù)據(jù)中心計(jì)算任務(wù)的可調(diào)控性和數(shù)據(jù)中心所特有的冗余ups儲能為實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率平衡提供了充分控制裕度。

由于計(jì)算任務(wù)的遷移靈活性和服務(wù)器響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，可實(shí)現(xiàn)對聯(lián)絡(luò)線功率波動主要部分(高頻波動)有效平抑(頻率范圍為fhigh＜f＜fmax，其中fhigh表示高頻部分截止頻率，可根據(jù)服務(wù)器集群負(fù)荷的響應(yīng)能力改變其數(shù)值大??；fmax則表示聯(lián)絡(luò)線功率波動頻率最大值，由于本方法控制步長為1分鐘，根據(jù)奈奎斯特采樣定理可得出fmax為8.33mhz)。而ups蓄電池則可在滿足后備容量約束下，以較緩的充放電使用頻度完成對聯(lián)絡(luò)線功率波動的低頻成分平抑(頻率范圍為flow＜f＜fhigh，其中flow表示低頻波動的截止頻率，其數(shù)值可根據(jù)數(shù)據(jù)中心園區(qū)設(shè)備對功率波動質(zhì)量要求變動)。圖4為頻率補(bǔ)償示意圖。

由此，本方法提出基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑方法：采用雙層低通濾波實(shí)現(xiàn)響應(yīng)資源控制信號的制定，分別由服務(wù)器集群和ups蓄電池組完成對高、低頻波動的補(bǔ)償(高頻波動為主要波動補(bǔ)償量)，其中對于服務(wù)器集群負(fù)荷的調(diào)控采用本發(fā)明實(shí)施例提出基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的負(fù)荷遷移方法，對于ups蓄電池組負(fù)荷的調(diào)控通過實(shí)時(shí)改變其荷電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。圖5給出控制策略流程圖。

1)需求側(cè)響應(yīng)資源控制信號制定；

對服務(wù)器集群負(fù)荷遷移控制和對ups蓄電池組控制由兩級低通濾波實(shí)現(xiàn)。當(dāng)獲取聯(lián)絡(luò)線功率p⁰tl后，將其依次通過兩層低通濾波器，則可分別得到高頻和低頻成分的平抑目標(biāo)p¹tl,i和p^*tl,i。綜合考慮控制信號精度和計(jì)算復(fù)雜程度，在此都選用經(jīng)典的一階巴特沃茲濾波器，時(shí)間常數(shù)分別為t1和t2。

式中：t1和t2可根據(jù)聯(lián)絡(luò)線功率平滑要求由fhigh和flow計(jì)算獲得；為第i個(gè)控制時(shí)段的初始聯(lián)絡(luò)線功率；為第i個(gè)控制時(shí)段的經(jīng)一次低通濾波后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率；為第i-1個(gè)控制時(shí)段的經(jīng)一次低通濾波后的聯(lián)絡(luò)線目標(biāo)功率；為第i個(gè)控制時(shí)段的經(jīng)二次低通濾波后的聯(lián)絡(luò)線最終目標(biāo)功率；為第i-1個(gè)控制時(shí)段的經(jīng)二次低通濾波后的聯(lián)絡(luò)線最終目標(biāo)功率。

第一層濾波器對聯(lián)絡(luò)線功率高頻部分進(jìn)行濾波平抑，輸出為則可獲得由服務(wù)器集群負(fù)荷補(bǔ)償功率變化量為進(jìn)一步根據(jù)式(1)可得服務(wù)器集群的控制信號，即其目標(biāo)功率如下：

其中，pw,i為第i個(gè)控制時(shí)段風(fēng)力發(fā)電實(shí)時(shí)出力；pv,i為第i個(gè)控制時(shí)段光伏發(fā)電實(shí)時(shí)出力；pul,i為第i個(gè)控制時(shí)段數(shù)據(jù)中心中照明、制冷等不可控負(fù)荷。

同理，第二層濾波器對聯(lián)絡(luò)線功率低頻部分進(jìn)行濾波平抑，由ups蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)償。聯(lián)絡(luò)線改變值為因此ups蓄電池組的控制信號如下：

2)服務(wù)器集群負(fù)荷遷移控制方法；

在保證服務(wù)質(zhì)量sla(服務(wù)等級協(xié)議)的前提下，依據(jù)所確定的服務(wù)器集群可控負(fù)荷控制信號，采用任務(wù)延時(shí)遷移策略動態(tài)調(diào)整計(jì)算負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心主要聯(lián)絡(luò)線功率波動(高頻部分)有效平抑的目的，步驟如下：

1、首先依據(jù)預(yù)測模塊(該預(yù)測模塊用于數(shù)據(jù)中心對任務(wù)到達(dá)量的預(yù)測能力，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述)提供的任務(wù)種類確定各類任務(wù)最大可延遲時(shí)間(具體最大可延遲時(shí)間的確定過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述)。假設(shè)數(shù)據(jù)中心在第i分鐘收到n類用戶請求，根據(jù)需求響應(yīng)時(shí)間對這些任務(wù)進(jìn)行分類和編號，延時(shí)敏感型請求m種(編號1～m)，延時(shí)容忍型請求n-m種(編號m+1～n)。

由上述描述可知，各類任務(wù)以基本任務(wù)單元計(jì)量，且延時(shí)敏感型請求不可延時(shí)，即因此只需要計(jì)算各類容忍型基本任務(wù)單元的最大可延遲時(shí)間即可，過程如下：

式中：dk,i表示各類延時(shí)容忍型基本任務(wù)單元的用戶要求響應(yīng)時(shí)間，單位為分鐘，表示向下取整。

由圖3可知，容忍型基本任務(wù)單元的最大延遲時(shí)間為：要求響應(yīng)時(shí)間、與原始響應(yīng)時(shí)間之差，由于本方法控制策略為分鐘級，將時(shí)間差向下取整作為各類容忍型基本任務(wù)單元的最大可延遲時(shí)間。

2、根據(jù)最大可延遲時(shí)間確定各類任務(wù)可延時(shí)區(qū)間。

例如，當(dāng)某種延時(shí)容忍型基本任務(wù)單元的最大可延遲時(shí)間為3分鐘，則至多可選擇向初始到達(dá)時(shí)段后，2個(gè)1分鐘時(shí)段遷移該任務(wù)單元，用bk,i表示向后時(shí)段遷移的任務(wù)單元數(shù)量。

同時(shí)注意到，由于遷移操作，在第i分鐘時(shí)段內(nèi)還存在由前時(shí)段延時(shí)遷入任務(wù)的情況，在此用ak,i表示由前面時(shí)段向第i分鐘內(nèi)移入的任務(wù)數(shù)量?？梢悦黠@看出：ak,i＝bk,i＝0(k＝1,2,…,m)，而ak,i、bk,i(k＝m+1,m+2,…,n)計(jì)算如下：

式中：x^k(i-t)→i為由第i-t分鐘向第i分鐘移來的第k類基本任務(wù)單元數(shù)量；x^ki→(i+t)為由第i分鐘向后第i+t分鐘移去的第k類基本任務(wù)單元數(shù)量。

3、服務(wù)器集群負(fù)荷目標(biāo)響應(yīng)優(yōu)化問題形成，目標(biāo)函數(shù)和相關(guān)約束見式(10)。

其中，td為所有控制時(shí)段數(shù)量。

該優(yōu)化問題使得服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)負(fù)荷在約束下，最好地跟隨其控制信號，即實(shí)現(xiàn)兩者差距最小化。

第一個(gè)約束中，hmin和hmax分別表示服務(wù)器集群平均資源利用率的上下限，以防止數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)計(jì)算資源過度浪費(fèi)和過度使用的情況；

第二個(gè)約束表示：任務(wù)遷移不能違背各類任務(wù)的要求響應(yīng)時(shí)間；

第三個(gè)約束為：可遷移任務(wù)量約束。因此約束二和三表示本方法是在不破壞數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量(不損害用戶滿意度)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的服務(wù)器集群優(yōu)化控制。

4、求解式(10)的優(yōu)化問題，并根據(jù)所得優(yōu)化結(jié)果調(diào)度各類延時(shí)容忍型用戶任務(wù)請求，完成服務(wù)器集群負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)，使得新能源數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線波動中的高頻部分得到抑制。

由于服務(wù)器集群模型中的變量為不同時(shí)段內(nèi)的任務(wù)遷移數(shù)量(均為整數(shù)值)，所以該優(yōu)化問題為多變量非線性規(guī)劃問題：可采用廣義簡約梯度法(generalizedreducedgradient，grg)進(jìn)行求解，獲得最優(yōu)控制方案。

其中，上述具體的求解、以及獲得最優(yōu)控制方案的步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過上述步驟201-步驟202充分利用了服務(wù)器集群中計(jì)算負(fù)荷的快速響應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)對高頻波動部分的快速響應(yīng)，有效彌補(bǔ)了單獨(dú)依靠儲能單元響應(yīng)高頻波動造成的過頻繁充放電而嚴(yán)重影響蓄電池組使用壽命的弊端。

實(shí)施例3

下面結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖6-圖16對實(shí)施例1和2中的一種基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制方法的有效性進(jìn)行可行性驗(yàn)證，對有可再生能源供能的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用該方法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線功率控制效果分析，詳見下文描述：

本發(fā)明目的是對有可再生能源供能背景下的數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線功率波動有效平滑。對于數(shù)據(jù)中心的主要負(fù)荷——服務(wù)器集群建立基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的可控負(fù)荷模型，并配合數(shù)據(jù)中心冗余ups儲能系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)中心需求側(cè)響應(yīng)模型，繼而本發(fā)明提出在保證需求側(cè)資源自身質(zhì)量(服務(wù)器集群任務(wù)服務(wù)水平和ups蓄電池組soc限定范圍)的基礎(chǔ)上，通過二級低通巴特沃茲濾波器制定負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)，使用廣義簡約梯度法對功率控制問題進(jìn)行求解，得到優(yōu)化之后的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率。

1)在當(dāng)前第i個(gè)控制時(shí)段開始時(shí)刻由服務(wù)器集群初始資源利用率計(jì)算服務(wù)集群初始工作負(fù)荷

2)根據(jù)數(shù)據(jù)中心工作狀況計(jì)算不可控負(fù)荷pul,i；

3)觀測數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)可再生能源出力pw,i+pv,i(園區(qū)內(nèi)包含風(fēng)能和太陽能發(fā)電設(shè)備)；

4)由公式(1)計(jì)算數(shù)據(jù)中心初始聯(lián)絡(luò)線功率

5)對初始聯(lián)絡(luò)功率進(jìn)行第一級低通濾波(時(shí)間常數(shù)為t1)，得到第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線功率目標(biāo)

6)對第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行第二級低通濾波(時(shí)間常數(shù)為t2)，得到第二級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線功率目標(biāo)

7)對第一級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行處理，由公式(6)計(jì)算服務(wù)器集群負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)

8)應(yīng)用本發(fā)明提出的基于任務(wù)延時(shí)機(jī)制的服務(wù)器集群負(fù)荷調(diào)控策略，使服務(wù)器集群響應(yīng)其目標(biāo)功率，得到服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)功率pcluster,i；

9)對第二級濾波之后的聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行處理，由公式(7)計(jì)算ups蓄電池組負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)

10)調(diào)整當(dāng)前控制時(shí)段的ups蓄電池組荷電狀態(tài)soc，使ups蓄電池組響應(yīng)其目標(biāo)功率，得到ups蓄電池組實(shí)際響應(yīng)功率pups,i；

11)根據(jù)服務(wù)器集群實(shí)際響應(yīng)功率pcluster,i和ups蓄電池組實(shí)際響應(yīng)功率pups,i，根據(jù)公式(1)計(jì)算數(shù)據(jù)中心優(yōu)化之后的聯(lián)絡(luò)線最終響應(yīng)功率ptl,i；

12)對優(yōu)化之后的聯(lián)絡(luò)線最終響應(yīng)功率ptl,i和數(shù)據(jù)中心設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行評估分析。

其中，數(shù)據(jù)中心設(shè)備的工作狀態(tài)為實(shí)時(shí)監(jiān)控即可得到，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述。

其中，具體評估分析的步驟也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本發(fā)明實(shí)施例對此不做贅述，下面根據(jù)具體的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析描述。

本實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)部分包括四組仿真對比實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證不同場景下本發(fā)明實(shí)施例所提出的基于需求側(cè)響應(yīng)的數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率控制方法的普適性和有效性：

實(shí)驗(yàn)組1為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)組；實(shí)驗(yàn)組2為驗(yàn)證可再生能源滲透率對數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑效果的影響；實(shí)驗(yàn)組3為驗(yàn)證服務(wù)器集群平均資源利用率范圍對數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑效果的影響；實(shí)驗(yàn)組4為驗(yàn)證巴特沃茲二級濾波器時(shí)間常數(shù)的改變對數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑效果的影響。

1、圖6-16為本方法的仿真結(jié)果，圖6-7所示為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)組的仿真結(jié)果，可以看出本方法可以有效平抑?jǐn)?shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動。

2、圖8-9為實(shí)驗(yàn)組2的仿真結(jié)果，可以看出，當(dāng)數(shù)據(jù)中心可再生能源滲透率變大時(shí)，本方法仍可有效平抑聯(lián)絡(luò)線功率波動，改善數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量。

3、圖10-12為實(shí)驗(yàn)組3的仿真結(jié)果，從圖中可以看出，隨著服務(wù)器集群平均資源利用率范圍的增加，服務(wù)器集群負(fù)荷在響應(yīng)過程中調(diào)節(jié)能力逐漸增強(qiáng)，補(bǔ)償高頻波動的能力提升，本方法可以更好地平滑數(shù)據(jù)中心聯(lián)絡(luò)線功率波動。

4、圖13-16為實(shí)驗(yàn)組4的仿真結(jié)果，可以看到第一級濾波時(shí)間常數(shù)t1的改變直接影響服務(wù)器集群參與平抑聯(lián)絡(luò)線功率高頻波動，其數(shù)值增加會使優(yōu)化效果提升，但由于服務(wù)器計(jì)算能力限制和任務(wù)容忍時(shí)間約束，服務(wù)器集群可調(diào)負(fù)荷并非具有無限的補(bǔ)償能力。對于第二級濾波時(shí)間常數(shù)t2，其值的改變直接影響ups蓄電池組對聯(lián)絡(luò)線功率低頻波動的平抑效果，實(shí)驗(yàn)顯示，隨著t2的增加，聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑效果提升，但ups蓄電池組參與聯(lián)絡(luò)線功率波動平抑的能力仍受限于自身容量和運(yùn)行狀態(tài)的限制。

本發(fā)明實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。