【產(chǎn)品知識】數(shù)據(jù)中心能源管控平臺架構(gòu)

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 結(jié)構(gòu)分析

1.1用能需求

   數(shù)據(jù)中心用能設備主要包括配電柜、不間斷電源、交換機、服務器、供冷系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控等用電設施。其中，服務器和供冷系統(tǒng)占園區(qū)全部能耗的百分之80以上。據(jù)統(tǒng)計，2020年中國數(shù)據(jù)中心用電量約占全社會總用電量的百分之2.7，預計2023年用電規(guī)模將繼續(xù)增長百分之66。

1.2能源結(jié)構(gòu)

1）能源生產(chǎn)側(cè)：為滿足的能源需求，大型數(shù)據(jù)中心可建設風電場、光伏電場作為綠色主供電源，園區(qū)布置分布式光伏進一步提升綠色能源供給量。

2）能源傳輸側(cè)：風光電場可以通過接入公用電網(wǎng)后，以中長期綠電交易方式給園區(qū)供電，還可通過專線、專變方式給園區(qū)供電。為了平滑新能源電場出力，3）新能源電場側(cè)部署儲能；為了增加園區(qū)負荷的調(diào)節(jié)能力，園區(qū)側(cè)部署儲能。園區(qū)集中供冷提升供冷效率，IT設備余熱可回收利用。

4）能源消費側(cè)：建設充電樁，挖掘算力、充電樁等負荷的調(diào)節(jié)能力，發(fā)揮綜合能源的互濟能力。

2 能源供給方式分析

   為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色低價供電，風光電場的綠電供給有兩種方式：一是通過先上公網(wǎng)，然后通過中長期綠電交易供電方式；二是綠色專線供電方式。當風光電場較分散，近期無法實現(xiàn)專線供電的，可采用中長期綠電交易方式；風光電場易于專線接入且公用電網(wǎng)同意作為園區(qū)備用的，可以專線接入園區(qū)供電。

2.1中長期綠電交易方式

(1)綠電中長期交易。

   為提升服務器效率，數(shù)據(jù)中心或服務器之間優(yōu)化調(diào)度，從能源角度看，負荷隨同數(shù)據(jù)任務映射變化。

(2)聚合園區(qū)負荷降低園區(qū)整體成本。

2.2綠色專線供電方式

   綠色專線供電方式是在物理層面新建輸電專線實現(xiàn)新能源綠色電力直供電給園區(qū)。由于新能源子系統(tǒng)不直接接入電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，而是通過園區(qū)綜合能源管控系統(tǒng)統(tǒng)一對接電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，因此，專線供電模式除了聚合園區(qū)負荷降低園區(qū)整體用能成本需求外，還需增加滿足電網(wǎng)調(diào)度運行要求，具體如下：

(1)滿足電網(wǎng)調(diào)度接入要求。風光電場采用專線接入園區(qū)，綜合能源管控平臺需要與電網(wǎng)調(diào)度對接，接受調(diào)度運行指令。

(2)在公用電網(wǎng)具有額外調(diào)節(jié)能力的情況下，消納風光電場富余的電量。

3 能源管控平臺架構(gòu)

   能源管控平臺基于“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，采用“微服務+容器”技術(shù)構(gòu)建。平臺上層與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通過與電力交易平臺交互，以負荷聚合商參與電網(wǎng)第三方輔助服務，代理園區(qū)企業(yè)參與中長期綠電交易。平臺下層與風光儲場站系統(tǒng)和算力資源管理平臺對接，交互風光儲場站的發(fā)電量值和預測值等信息，交互算力資源管理平臺數(shù)據(jù)任務分配和預測值信息。

平臺分層架構(gòu)具體闡述如下，整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)中心綜合能源平臺架構(gòu)圖

1)應用層

  以微服務架構(gòu)，實現(xiàn)運營管理、設備主動感知和預測、源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制、綠色電力代交易、能效管理等微應用，提升數(shù)據(jù)中心能耗和碳排放。

2)平臺層

  平臺層分為業(yè)務PaaS層、基礎PaaS層和IaaS層。

3)邊緣層

  邊緣層實現(xiàn)終端設備的采集、規(guī)約轉(zhuǎn)換、園區(qū)綜合能源就地協(xié)調(diào)控制功能，常用的邊緣設備有微電網(wǎng)控制器、采集邊緣終端。

4)采集層

  實現(xiàn)電、冷、水等終端設備的接入，以及園區(qū)空調(diào)群控系統(tǒng)、儲能變流器(PCS)通信網(wǎng)關(guān)、風光逆變器通信網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)接入。

5)物理層

  包括接入平臺的多能供給、輸送、消費等設施。

4 平臺功能

4.1能源需求預測

  能源管控平臺主動感知園區(qū)分布式發(fā)電、儲能和各類負荷的狀態(tài)和電氣量。其中，風光電場的電氣量通過風光電場場站系統(tǒng)交互得到，不需要另外增加采集和通信設備。

1）電負荷監(jiān)測和預測

  實時監(jiān)測并統(tǒng)計分析IT設備的開機運行、用電負荷、承接數(shù)據(jù)任務以及變化趨勢情況；交互算力平臺，根據(jù)數(shù)據(jù)任務的規(guī)模、類型，預測短中期數(shù)據(jù)中心的用電負荷，為開展電力與算力協(xié)同優(yōu)化調(diào)度提供關(guān)鍵的信息支撐。

2）新能源發(fā)電預測

   風光電場的發(fā)電預測可以由綜合能源平臺完成，也可以由新能源場站子系統(tǒng)完成。

3）冷負荷監(jiān)測和預測

   根據(jù)園區(qū)氣溫、濕度等氣象數(shù)據(jù)，以及用冷設備的開機運行、用電負荷、變化趨勢情況，預測短中期用冷負荷需求，為開展數(shù)據(jù)中心冷熱負荷的靈活優(yōu)化調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐。

4）園區(qū)的分布式能源發(fā)電預測

   分布式發(fā)電預測是園區(qū)經(jīng)濟調(diào)度的基礎，根據(jù)園區(qū)分布式光伏的安裝容量，經(jīng)濟性選擇發(fā)電預測的時間尺度。如果園區(qū)分布式光伏裝機容量小，負荷遠大于分布式能源的安裝容量時，可不做發(fā)電預測。

4.2園區(qū)源網(wǎng)荷儲優(yōu)化調(diào)度

   按照公用電網(wǎng)對于源網(wǎng)荷儲一*化項目調(diào)度運行、新能源消納、第三方輔助服務等技術(shù)要求，根據(jù)算力平臺數(shù)據(jù)資源安排和可調(diào)節(jié)資源，全局分析決策，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一*化優(yōu)化調(diào)度控制，實現(xiàn)系統(tǒng)整體效益*優(yōu)。具體包括：

   綠電交易方式下多能經(jīng)濟調(diào)度。

   電網(wǎng)中心IT用能功率調(diào)節(jié)、冷熱設備用能功率調(diào)節(jié)、新能源場站側(cè)和大數(shù)據(jù)園區(qū)側(cè)儲能設備充放電調(diào)節(jié)在內(nèi)的源網(wǎng)荷儲一*化輔助服務市場調(diào)度運營優(yōu)化策略。

   數(shù)據(jù)任務和用電負荷需求映射優(yōu)化調(diào)度。

   算力任務與冷負荷需求映射優(yōu)化調(diào)度。

4.3綠電代交易

   基于歷史、現(xiàn)況以及未來預測分析的電力市場交易、風光儲節(jié)點電價、負荷市場購電電價等綜合信息的實時監(jiān)測與預測評估，動態(tài)評估源荷雙方綠色電力中長期交易執(zhí)行情況并分析評估偏差考核成本及違約考核風險收益，結(jié)合源網(wǎng)荷儲的綜合狀態(tài)與調(diào)節(jié)能力感知信息，進行智能化決策優(yōu)化，提出源荷互動實現(xiàn)綠色電力交易、*大化實現(xiàn)智慧綠色大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園項目整體效益的優(yōu)化決策實施策略。

   平臺可統(tǒng)一代理用戶與電力市場交易，主要實現(xiàn)信息發(fā)布、客戶管理、協(xié)議管理、電量預測、需求申報、交易管理、代理交易、結(jié)算管理、用戶賬單管理、收付款管理等功能。

4.4能效管理

   動態(tài)管控園區(qū)整體電能利用效率PUE、水利用效率WUE、碳排放等關(guān)鍵能效和碳排放指標，作為園區(qū)運營和考核指標，優(yōu)化園區(qū)用能策略。

   能耗監(jiān)測的功能一般包括能效和碳排放監(jiān)測、能效分析、用能分析、能效評估、碳審計等。與常規(guī)園區(qū)的能效監(jiān)測相比，數(shù)據(jù)中心考核指標。

4.5運營管理

   數(shù)據(jù)中心綜合能源管理平臺作為園區(qū)平臺的一種，運營管理與普通園區(qū)平臺功能類似，通常包括設備管理、智能運維(設備監(jiān)測與告警、巡檢運維、故障研判等)、能源計量、運維托管等功能。

5安科瑞能耗統(tǒng)計分析（能源管理）解決方案

5.1概述

   建立高的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

①　搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個功能區(qū)能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強工作人員的節(jié)能意識；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。

5.2平臺部署硬件選型

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。