基于数据中心电热耦合特性的微电网运营策略研究

作     者：付宸宸 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：李庚银

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：数据中心 微电网 电热耦合 需求响应 能量管理 多目标优化 

摘      要：随着数字经济的飞速发展,数据中心作为大数据产业的核心设备,在规模和性能上都取得了长足的发展,更成为新型电力系统中最重要、最具研究价值的负荷之一。数据中心具有耗电量大、产热量高、负荷可控、安全等级高等特点,可作为微电网核心设备参与电-热能量循环、平抑潮流、提高自身供电可靠性。在“碳中和、碳达峰提出的大背景下,对于含数据中心微电网的研究,重点难点是建立准确的电-热耦合模型,制定合理的优化运行策略,在保证安全的前提下,降低运营成本、降低微电网碳排放。研究了数据中心的内部结构和工作流程,基于排队理论建立数据中心的能耗模型;研究了数据中心冷却系统工作方式,通过分析数据中心内部热循环方式,建立了数据中心的废热回收模型。研究了含数据中心的微电网的电热联合运行架构,并结合数据中心电热耦合模型与微电网其它常见设备模型构建微电网整体模型。首先通过研究含数据中心的微电网内的电力系统和热力系统能量流,提出基于数据中心电-热耦合特性的能量管理策略。然后围绕微电网中重要的电源、负荷,构建数学模型,并根据文献资料进行样本建立。最后以经济效益最大为目标,提出含数据中心微电网最优运行策略,通过把联合考虑废热回收与需求响应的案例和单独考虑某一方面的两个案例进行功率、收益等方面的比较,说明了本章所提方案的有效性。此外,还拓展讨论了可转移负荷占比对收益的影响,说明了在一定范围内,提高可转移负荷占比对于收益的提升是比较显著的。研究了数据中心微电网中考虑经济性、灵活性、环保性等多个目标的多目标优化运行方法,提出基于电热耦合特性的数据中心微电网多目标运行优化策略。从对微电网灵活性分析入手,建立灵活性裕度使用占有率等多个灵活性指标,而后使用自回归滑动模型和场景树构建风力发电机组的功率波动范围,结合数据中心微电网的电热耦合特性和灵活性指标,建立了较完整的微电网多目标运行优化模型,接着介绍了求解多目标问题的帕累托最优解集和遗传算法相关内容,设计了基于带精英策略的非支配排序遗传算法-Ⅱ和隶属度函数的混合优化求解算法,然后通过含数据中心的微电网示意图阐述了微电网多目标运行优化策略的思路,最后通过算例对比说明了所提策略的有效性,并有利于提高微电网能源利用率、减少碳排放,为调度者提供更多灵活的方案选择机会。