【产品知识】数据中心能源管控平台架构

 

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

1 结构分析

1.1用能需求

   数据中心用能设备主要包括配电柜、不间断电源、交换机、服务器、供冷系统、环境监控等用电设施。其中，服务器和供冷系统占园区全部能耗的百分之80以上。据统计，2020年中国数据中心用电量约占全社会总用电量的百分之2.7，预计2023年用电规模将继续增长百分之66。

1.2能源结构

1）能源生产侧：为满足的能源需求，大型数据中心可建设风电场、光伏电场作为绿色主供电源，园区布置分布式光伏进一步提升绿色能源供给量。

2）能源传输侧：风光电场可以通过接入公用电网后，以中长期绿电交易方式给园区供电，还可通过专线、专变方式给园区供电。为了平滑新能源电场出力，3）新能源电场侧部署储能；为了增加园区负荷的调节能力，园区侧部署储能。园区集中供冷提升供冷效率，IT设备余热可回收利用。

4）能源消费侧：建设充电桩，挖掘算力、充电桩等负荷的调节能力，发挥综合能源的互济能力。

2 能源供给方式分析

   为了实现数据中心绿色低价供电，风光电场的绿电供给有两种方式：一是通过先上公网，然后通过中长期绿电交易供电方式；二是绿色专线供电方式。当风光电场较分散，近期无法实现专线供电的，可采用中长期绿电交易方式；风光电场易于专线接入且公用电网同意作为园区备用的，可以专线接入园区供电。

2.1中长期绿电交易方式

(1)绿电中长期交易。

   为提升服务器效率，数据中心或服务器之间优化调度，从能源角度看，负荷随同数据任务映射变化。

(2)聚合园区负荷降低园区整体成本。

2.2绿色专线供电方式

   绿色专线供电方式是在物理层面新建输电专线实现新能源绿色电力直供电给园区。由于新能源子系统不直接接入电网调度系统，而是通过园区综合能源管控系统统一对接电网调度系统，因此，专线供电模式除了聚合园区负荷降低园区整体用能成本需求外，还需增加满足电网调度运行要求，具体如下：

(1)满足电网调度接入要求。风光电场采用专线接入园区，综合能源管控平台需要与电网调度对接，接受调度运行指令。

(2)在公用电网具有额外调节能力的情况下，消纳风光电场富余的电量。

3 能源管控平台架构

   能源管控平台基于“互联网+”理念，采用“微服务+容器”技术构建。平台上层与电网调度系统通过与电力交易平台交互，以负荷聚合商参与电网第三方辅助服务，代理园区企业参与中长期绿电交易。平台下层与风光储场站系统和算力资源管理平台对接，交互风光储场站的发电量值和预测值等信息，交互算力资源管理平台数据任务分配和预测值信息。

平台分层架构具体阐述如下，整体架构如图1所示。

图1数据中心综合能源平台架构图

1)应用层

  以微服务架构，实现运营管理、设备主动感知和预测、源网荷储协同控制、绿色电力代交易、能效管理等微应用，提升数据中心能耗和碳排放。

2)平台层

  平台层分为业务PaaS层、基础PaaS层和IaaS层。

3)边缘层

  边缘层实现终端设备的采集、规约转换、园区综合能源就地协调控制功能，常用的边缘设备有微电网控制器、采集边缘终端。

4)采集层

  实现电、冷、水等终端设备的接入，以及园区空调群控系统、储能变流器(PCS)通信网关、风光逆变器通信网关的数据接入。

5)物理层

  包括接入平台的多能供给、输送、消费等设施。

4 平台功能

4.1能源需求预测

  能源管控平台主动感知园区分布式发电、储能和各类负荷的状态和电气量。其中，风光电场的电气量通过风光电场场站系统交互得到，不需要另外增加采集和通信设备。

1）电负荷监测和预测

  实时监测并统计分析IT设备的开机运行、用电负荷、承接数据任务以及变化趋势情况；交互算力平台，根据数据任务的规模、类型，预测短中期数据中心的用电负荷，为开展电力与算力协同优化调度提供关键的信息支撑。

2）新能源发电预测

   风光电场的发电预测可以由综合能源平台完成，也可以由新能源场站子系统完成。

3）冷负荷监测和预测

   根据园区气温、湿度等气象数据，以及用冷设备的开机运行、用电负荷、变化趋势情况，预测短中期用冷负荷需求，为开展数据中心冷热负荷的灵活优化调度提供数据支撑。

4）园区的分布式能源发电预测

   分布式发电预测是园区经济调度的基础，根据园区分布式光伏的安装容量，经济性选择发电预测的时间尺度。如果园区分布式光伏装机容量小，负荷远大于分布式能源的安装容量时，可不做发电预测。

4.2园区源网荷储优化调度

   按照公用电网对于源网荷储一*化项目调度运行、新能源消纳、第三方辅助服务等技术要求，根据算力平台数据资源安排和可调节资源，全局分析决策，实现源网荷储一*化优化调度控制，实现系统整体效益*优。具体包括：

   绿电交易方式下多能经济调度。

   电网中心IT用能功率调节、冷热设备用能功率调节、新能源场站侧和大数据园区侧储能设备充放电调节在内的源网荷储一*化辅助服务市场调度运营优化策略。

   数据任务和用电负荷需求映射优化调度。

   算力任务与冷负荷需求映射优化调度。

4.3绿电代交易

   基于历史、现况以及未来预测分析的电力市场交易、风光储节点电价、负荷市场购电电价等综合信息的实时监测与预测评估，动态评估源荷双方绿色电力中长期交易执行情况并分析评估偏差考核成本及违约考核风险收益，结合源网荷储的综合状态与调节能力感知信息，进行智能化决策优化，提出源荷互动实现绿色电力交易、*大化实现智慧绿色大数据产业园项目整体效益的优化决策实施策略。

   平台可统一代理用户与电力市场交易，主要实现信息发布、客户管理、协议管理、电量预测、需求申报、交易管理、代理交易、结算管理、用户账单管理、收付款管理等功能。

4.4能效管理

   动态管控园区整体电能利用效率PUE、水利用效率WUE、碳排放等关键能效和碳排放指标，作为园区运营和考核指标，优化园区用能策略。

   能耗监测的功能一般包括能效和碳排放监测、能效分析、用能分析、能效评估、碳审计等。与常规园区的能效监测相比，数据中心考核指标。

4.5运营管理

   数据中心综合能源管理平台作为园区平台的一种，运营管理与普通园区平台功能类似，通常包括设备管理、智能运维(设备监测与告警、巡检运维、故障研判等)、能源计量、运维托管等功能。

5安科瑞能耗统计分析（能源管理）解决方案

5.1概述

   建立高的能耗监测管理系统，对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各区域建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①　搭建数据中心智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个功能区能耗对比，实现能耗排名，增强工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

5.2平台部署硬件选型

 

 

作者介绍

未晓妃，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为微电网能效管理和环保安全用电。