[发明专利]数据中心内利用风能和电池储能的运行费用计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据中心的耗能管理，更具体地说，涉及一种数据中心内利用风能和电池储能的运行费用计算方法。

背景技术

当前，随着云计算技术的迅猛发展，数据中心作为云服务的重要组成部分，承受着越来越重的压力。相应地，是数据中心内部的用电量的不断攀升。在数据中心内部，有着大量的服务器，在服务器运算的同时，会产生大量的热量。因此，需要使用机房空调(computer room air conditioning，CRAC)对服务器进行降温冷却，在降温冷却过程中，也会消耗大量的电能，进而产生大量的电费开支。

另一方面，国内外智能电网的发展速度也越来越快，欧洲、美国的部分地区，已经实行了实时的动态电价，即智能电网根据总用电负荷，实时地调节电价。而中国，也已经实行了夜电和日电价格相区别的二元动态电价。

目前，数据中心中，往往使用新能源产生的电力作为数据中心的电力供应，对于数据中心中的CRAC系统而言，也往往使用新能源电力。当前，数据中心的电力供应已不仅仅局限于使用从电网中获取的新能源，部分数据已经开始拥有数据中心自己的新能源发电厂，以供给该数据中心电力。这种方式，能够保证数据中心获得的电力价格较低，同时数据中心的供电可靠性也得到了保证。在新能源发电的同时，由于新能源发电的不确定性，数据中心也往往使用电池对新能源进行存储。当前，在智能电网下，数据中心使用新能源发电方式，使用电池储能的方式主要为：在智能电网下，利用智能电网的动态电价效果和新能源发电的不确定性，使用电池进行电力存储，达到降低电费开支和合理利用新能源的目的。

然而，当前已有数据中心使用电池存储的方法，存在一定的问题：1)有些研究没有未考虑电池成本，即只研究了总电费开支，2)当前研究只考虑使用电池能够降低总开支的情况，没有考虑在什么情况下使用新能源并利用电池储能反而会增大数据中心的总开支，即数据中心使用新能源发电和电池储能经济性的影响因素。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种数据中心内利用风能和电池储能的运行费用计算方法，能够高效地计算在智能电网和风能发电下，数据中心中使用电池储能的成本开支、电费开支、操作成本。并提供了归一化参数，对数据中心使用电池储能的经济性进行衡量。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种数据中心内利用风能和电池储能的运行费用计算方法，对利用动态电价进行电池储能的运行费用进行计算，该运行费用分为成本开支和电费开支，分别对成本开支和电费开支进行建模，将电费开支形成一个带约束的优化问题，为解决该优化问题，对该优化问题进行变形，形成为近似的多步优化问题，并为变形后的多步优化问题提供多项式时间的算法，最后，通过计算数据中心使用电池储能的运行费用，并换算为归一化电价，对数据中心使用新能源并且利用电池储能的经济性进行衡量。

成本开支包括风力发电的成本开支和电池的成本开支，对风力发电的成本开支建模的方法是：

一台风力发电机在时间间隔Δk内的发电功率P_t(k)为：

其中，P_r代表额定输出功率，V_r代表额定风速，t代表Weibull参数，v_i和v_o分别代表风力发电机切入风速和切出风速，v(k)表示当前风速；

对于n台风力发电机，在时间间隔Δk内其总功率p_v(k)为：

其中，表示第m台风力发电机的发电功率；

则风力发电机的发电成本表示为：

对电池的成本开支建模的方法是：

将其总成本换算为每小时充能费用B_r及每小时放能费用B_d：

B_d＝B_r＝0.5B_pZ_maxΔk/B_lB_h

其中，B_l和Z_max分别表示电池的最大充放电循环次数和最大储电能力，B_h表示最大的放电能力，即多少小时内可以将电池从最高储能状态变为最低储能状态，B_p表示单位电能储存量电池的成本开支。

对数据中心使用电池的电费开支建模的方法是：

考虑到数据中心电价的动态性和风能发电的不确定性，使用最优化方法来建模长时间内平均的电费开支，