[发明专利]一种数据中心可再生能源平滑化供电方法

说明书

技术领域

本发明属于数据中心能耗技术领域，更具体地，涉及一种数据中心可再生能源平滑化供电方法。

背景技术

随着云计算技术的不断发展，数据中心的计算能力与规模正在急速增长，随之而来的高功率的耗能带来了两个严重后果：首先，数据中心购买电力将带来巨大电费开销；其次，数据中心目前仍然主要依赖于从电网中获取能源，其通过燃烧碳密集型化石燃料来产生大部分功率，巨大的能源消耗会导致负面的环境影响，加速了全球温室效应。

由于可再生能源(如风能、太阳能)的低成本、无污染等特点，越来越多的公司开始建设部分或全部由可再生能源供电的数据中心。利用可再生能源为数据中心供电带来了以下优点：(1)减少成本；(2)降低碳排放。但是，可再生能源供电也给数据中心带来新的挑战：(1)可再生能源的波动性会挑战电网与数据中心的稳定性，同时频繁转换供能来源也会增加操作开销；(2)可再生能源的间歇性会降低其利用率。

然而，现有的大多数方案都无法处理好第一个挑战，忽略掉波动的可再生能源供应带给电网和数据中心的冲击，而有些工作采用将可再生能源全部存入电源存储设备的做法来消除波动性，但这需要巨大的电池容量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数据中心可再生能源平滑化供电方法，该方法适用于数据中心对多种可再生能源的利用(如风能、太阳能)，无需要求巨大电池容量，便可有效平缓可再生能源的波动性，并在可再生能源平稳供应情况下实现最大化地使用可再生能源。

本发明提出一种数据中心可再生能源平滑化供电方法，包括以下步骤：

(1)可再生能源平滑化：判别当前电网所用可再生能源功率方差是否大于等于预定的阈值，是则认定可再生能源供电处于波动供能阶段，转步骤(2)；否则为稳定供能阶段，转步骤(3)；

(2)通过数据中心供电系统中的电能存储设备进行充放电操作，按下述操作平滑该供能阶段中可再生能源供能的波动，然后转步骤(3)；

平滑操作如下：对每个属于波动供能阶段的时段(例如，一小时)分别进行平滑；可再生能源预测数据一般以5分钟或1分钟为粒度，在每个时段的开始(例如各个小时的第0分钟)进行该时段平滑策略的计算；采取保持该时段供电平稳的最优电能存储设备充放电策略；该策略确定了在每个粒度时间内(例如五分钟)电能存储设备应该放电或充电的总功率，从而使得在每个时段内，最终供应给数据中心的可再生能源是平滑稳定的；

(3)负载适配：采用基于贪心算法的负载延迟算法，对系统中的任务负载分类和排序；

所述任务负载分为两类，一类是实时负载，如Web请求；另一类是可延迟负载，如批处理任务、科学计算；

对于实时负载立即执行；对可延时负载按可延时时间从小到大排序，在满足任务负载所要求的最迟开始时间的条件下，将可延迟的任务负载延迟到该负载使用可再生能源最多的时间段运行；

所述阈值，用于划分供电阶段：根据所在电网可再生能源供能历史数据和可再生能源供能预测数据，计算可再生能源功率方差，确定用于划分阶段的阈值；当一段时间(例如，一小时)内可再生能源供能的功率的方差值小于该阈值时，认定该时段属于稳定供能阶段，此时可再生能源本身较为平稳；当方差值大于等于该阈值时，认定该时段属于波动供能阶段。可再生能源供能功率预测数据可以由从气象预报获知的风速、降水等信息进行估算；历史数据只是为了分析一个电网可再生能源整体情况以确定阈值；具体运用时以预测数据来进行阶段划分；

优选地，所述步骤(1)中阈值确定方法如下：

该阈值是根据当地可再生能源历史数据及预测数据，计算各供电时段可再生能源总功率方差值，取方差值较小的前20％-30％的供电时段作为稳定供能阶段；

所述时段指将供电时间按固定时长划分成的时间区间，固定时长可取30-90分钟。由于拿到的预测或者历史数据一般是以1分钟或5分钟为粒度，相对而言1小时数据量比较合适，之后要在该时间段内(例如一小时)进行平滑化，该时间段越长，可能原始波动情况会越大，电池容量也需要更大。

优选地，所述步骤(2)中，电能存储设备采用最优充放电策略实现平滑供电，具体步骤如下：