智能电网下数据中心能耗费用优化综述

在电价随时间和地理位置波动的智能电网环境下,分布式数据中心运营商在满足各种内外部约束条件下,根据外部负载类型和负载量的变化,通过负载分配、节点状态控制、使用能量存储设备等方法对能耗费用优化目标以及碳排放量、网络带宽费用、响应时间、电网稳定性等协同优化目标进行优化.介绍数据中心的能耗构成和能耗费用优化问题的基本模型,从调整运行节点数、动态电压频率调整(DVFS)、负载分配、部分执行、使用不间断电源(UPS)、使用可再生能源、与电网交互、虚拟化8个方面对数据中心能耗费用优化方法和研究进展进行分类、总结、对比;未来的研究热点包括多目标优化、数据中心需求响应、节点级UPS、可再生能源发电设施、在线优化算法、能源互联网等.     

含多种可再生能源和冷储能装置的冷电联供系统经济优化调度模型研究

基于能源互联网理念的提出和可再生能源的快速发展,计及储能装置的运行特性,考虑冷电联供的经济性,兼顾系统的环保性和节能性,以综合成本为目标,搭建了含风电、光电等多种可再生能源和冷储能装置的冷电联供系统优化调度模型。基于对冷负荷需求和风电、光电出力的日前预测,采用自适应布谷鸟算法求解模型,得到不同运行方案下各机组的最佳调度方案。通过算例仿真发现,含有多种可再生能源和冷储能装置的冷电联供系统可以充分发挥可再生能源发电特有的经济、环保优势,减少了一次能源的消耗。仿真结果验证了模型的有效性。     

微电网中面向用户的自适应能量调度策略

基于微电网中分布式可再生能源和双向能量交易,提出一种自适应能量调度策略. 调度中心收集微电网中所有用户的负载信息,并根据实时的电价信息,集中调度用户的负载用电. 该调度策略采用自适应动态规划方法,通过在线网络训练优化能量调度策略. 仿真结果表明,该方法能够对整个调度过程进行在线学习,从而最小化用户的总电能费用.     

燃气分布式供能系统冷热电负荷分析

针对天然气分布式能源系统冷热电匹配问题,提出了"以热定电,负荷平衡"的设计原则,对然气分布式供能系统设计过程中所出现的风险提出了规避原则。以某工程项目为依托,对上述原则进行了验证,通过计算得出了用户采用该系统后的购电量,为项目的计经工作提供了数据依据,并为天然气分布式能源系统的设计工作奠定了基础。     

含P2G和复合储能的高速公路服务区综合能源系统日前优化调度

为了提高高速公路服务区综合能源系统可再生能源消纳能力、降低经济成本,本文面向高速公路服务区中电、气、冷、热等多态能源,基于能源枢纽矩阵建模方法,建立能源供给侧、能量转换侧和负荷需求侧各模块的能量转换与供需耦合特性模型;在充分消纳可再生能源的情况下,以系统运行总成本最小为目标函数,建立系统优化调度模型;针对同一负荷不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能最大程度使用风光发电,降低系统总运行成本;供给侧引入电气耦合与负荷侧引入复合储能的调度结果表明,所提模型能达到系统运行费用最优,同时可实现系统周期内运行费用的“削峰填谷”。     

基于Fbprophet负荷预测与用户满意度约束的综合能源供能优先调度研究

在综合能源系统中,如何协调好能源供应与用户波动需求之间的关系,是亟待解决的问题。针对居民用户冷、热、电负荷需求不确定性特点,提出了一种基于Fbprophet算法的多元负荷预测与考虑用户满意度约束的综合能源负荷供能优先调度模型。首先采用Fbprophet算法对冷、热、电多元负荷进行预测,并与典型负荷预测方法 ARIMA、LSTM进行对比分析;然后通过构建用户满意度二次效用函数,将用户满意程度融入能源服务商的评价指标;最后设计了综合能源系统优化调度模型和计及用户满意度的供能优先级模型,并基于自适应粒子群算法进行模型优化求解,分析了优化算法的稳定性,实现供能优先调度。通过实际综合能源系统算例仿真,验证了预测算法与调度模型的有效性,为综合能源提供一种兼顾经济效益和用户满意度的决策方案。     

分布式可再生能源接入微网系统的随机多目标经济调度

随着分布式发电技术的快速发展,大量风能、太阳能等可再生能源接入电力系统。由于可再生能源具有间歇性和随机性的特点,给电网经济调度带来了严峻的挑战。该文分析分布式能源的特性,考虑系统运行成本和治理环境污染费用,构建由风力发电机、柴油发电机、蓄电池以及负荷组成的微网系统多目标经济调度数学模型,采用遗传算法对多目标经济调度数学模型求解,并通过 MATLAB仿真,验证所建立模型的正确性和有效性。     

考虑可再生能源消纳的建筑综合能源系统日前经济调度模型

“双碳”战略目标下,随着以新能源为主体的新型电力系统与分布式智能电网建设的不断推进,具有随机性特点的可再生能源发电大规模并网消纳问题日益凸显。本文面向建筑综合能源系统提出一种日前经济调度模型,旨在利用其多元化负荷需求与灵活性调节的特点,在满足用能需求与电网交互的基础上最大程度实现可再生能源的就地消纳。首先,根据建筑能耗特性,通过配置地源热泵等具有高能效比的电制热设备来解耦热电联产“以热定电”的运行模式、并引入含有蓄电池和储热罐的混合储能装置来进一步增强系统调节能力。然后,考虑供需平衡、设备出力、储能运行、联络线交换功率等约束条件,以含有机组启停、弃风弃光损失等费用在内的总运行成本最小为目标函数,建立日前经济调度模型,并调用CPLEX求解该混合整数线性规划问题。最后,根据设置的不同场景,以系统运行成本、能源利用率和可再生能源消纳能力为评价指标进行算例仿真。仿真结果表明：相较于传统的热电分供模式,设置地源热泵和混合储能系统的综合能源系统可以降低约50%的运行成本,能够提高近50%的能源利用率,且可以完全消纳可再生能源,并随着能量转换装置能效比的提升能够进一步的降低运行成本,具有较好的可操作性与社会经济效益。     

基于蜂群优化算法冷热电联供型微网经济调度研究

针对蓄能装置在冷热电联供型微网中的应用,本文构建了包含燃料电池、微型燃气轮机、吸收式制冷机、余热锅炉和蓄能装置的冷热电联供型微网经济调度模型。该模型在满足用户冷热电负荷需求和各微源出力约束的情况下,综合考虑了系统的燃料费用、运行维护费用和购售电成本,并以蜂群优化算法作为模型的求解算法,并以文献[18]的微电网为例进行仿真分析。仿真结果表明,与采用常规粒子群优化算法对调度模型进行求解相比,采用人工蜂群算法对调度模型进行求解所得的日综合成本可下降71.8元,节约日综合成本5.3%。该模型可以有效提高冷热电联供型微网的能源利用率和经济效益。     

基于芯片温度感知负载调度的数据中心能耗优化

数据中心的高能耗日益成为限制其快速发展的瓶颈问题,通过服务器集群的负载调度可以有效改善数据中心热环境并实现节能降耗。传统的入口温度感知负载调度只考虑了芯片温度过高对服务器工作可靠性的影响,而没有意识到芯片温度过低导致的冷却能耗浪费。基于热循环系数矩阵和服务器传热模型提出的芯片温度感知负载调度策略通过合理优化负载分配避免了服务器的过冷和过热,并降低了数据中心的冷却系统功耗。将芯片温度感知负载调度策略应用到典型的数据中心模型,仿真结果表明:芯片温度感知负载调度策略可以有效实现数据中心节能。     

考虑可再生能源的冷热电联供系统环境经济调度模型

随着对节能减排的广泛关注,为了减少能源的消耗,冷热电联供系统（CCHP）、可再生能源发电在全球得到了广泛的应用,但传统冷热电联供系统经济调度忽略了污染物排放对环境的影响。为此,考虑各机组运行的环境成本,提出考虑可再生能源的冷热电联供系统环境经济调度模型;考虑可再生能源的随机性,在目标函数中加入可再生能源备用容量补偿成本,借助排污系数法将机组运行的环境成本并入机组运行总费用目标函数中,从而将环境经济调度模型从多目标优化转为单目标优化问题。基于Matlab优化工具箱以IEEE-14节点系统为例进行系统仿真,验证了优化模型的有效性和实用性。     

基于CVaR的高比例光伏区域综合能源系统优化调度

在“双碳”目标的驱动下，以光伏为代表的分布式能源正大规模接入配电系统与配气系统，二者间的耦合也更加紧密，为低碳可持续能源系统的构建带来了新的机遇，然而，由于分布式能源的随机性，其也不可避免的造成了两个系统间潜在的运行风险。基于此，本文提出了一种高比例光伏渗透率下区域综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，在高光伏渗透率的前提下，建立了考虑储能设备的电-气区域综合能源系统日前调度模型，利用二阶锥松弛将模型线性化。其次，基于CVaR风险评估模型的理论基础，建立并简化了损失函数。接着，在实时调度过程中考虑CVaR风险评估模型，建立了考虑CVaR风险评估的区域综合能源系统实时调度模型，以平衡不同风险态度下新能源不确定性导致的风险成本。最后，将前述两个模型合并，建立了区域综合能源系统日前-实时多时间尺度调度模型，分析区域电力系统与区域天然气系统之间的相互作用与能量流动。在算例分析中设计了不同的负荷强度方案对模型进行验证，分析了不同方案下系统购电量与不同设备运行参数的变化。结果表明，所提模型可以有效缓解因新能源随机波动带来的运行风险，同时考虑耦合设备的运行调控能够促进区域综合能源系统的耦合运行并取得良好经济效益。     

云数据中心基于异构工作负载的负载均衡调度方案

针对目前云数据中心的负载均衡调度方案没有研究将不同工作负载的应用程序进行整合的问题,提出了基于异构工作负载的静态和动态负载均衡调度算法。当放置新的虚拟机的时候,通过静态负载均衡调度算法,将虚拟机分配给物理机。云数据中心运行过程中,采用动态负载均衡调度算法将负载高的物理机上的虚拟机迁移到负载低的物理机上。仿真实验结果表明,新的调度方案不仅能够降低云数据中心的不均衡率,而且使节点内的多维度资源得到了合理地利用。     

计及源荷不确定性和多类储能响应的园区IES多目标优化调度模型

考虑综合能源系统形态与运行特点的变化,提出一种计及源荷不确定性和多类储能需求响应的综合能源系统多目标调度模型.首先,建立综合能源系统分布式风电和电热气负荷不确定模型以及确定电、气、热多类储能激励和价格需求响应模型;其次,以电、气能源购买、弃风和环境污染成本等多目标函数优化,在源荷侧不确定性和多类储能需求响应下,考虑多类能源功率平衡、冷热电系统之间转化耦合等约束条件,建立综合能源系统源荷储多目标优化调度模型,并采用多目标粒子群优化算法(PSO)对所构建模型优化求解;最后,采用园区能源系统算例对文中模型进行仿真,结果表明其正确有效,该模型可为园区综合能源源荷储需求互济服务提供新的策略.     

基于相关机会目标规划的主动配电网日前优化调度

以风电、光伏为代表的分布式电源具有不确定性,给主动配电网的安全稳定运行带来了挑战。如何考虑可再生能源的不确定性,制定安全经济的调度计划,是一个亟需研究的问题。为此,提出了一种含机会约束条件的基于相关机会目标规划的主动配电网日前优化调度模型。该模型在功率平衡方程、可再生能源容量约束中计入不确定性变量,充分利用主动配电网的有功和无功资源,以高优先级优化代表功率平衡的机会函数,以低优先级优化配电网的运行成本。最后,通过仿真算例对模型的有效性进行验证。结果表明:该方法能减少日内有功的调整量;另外,采用机会约束能更好的控制可再生能源容量越限的概率,从而减少因容量越限而被迫调整无功的概率。     

SDN架构下数据中心内存能耗优化策略

提出一种基于内存共享机制数据中心进程优化调度策略,并基于软件定义网络 (SDN)架构建立数据中心负载模型及内存节点能耗模型,给出2个用于降低内存能耗的启发式进程调度算法. 这2个算法以实际内存节点为研究对象,在保证数据中心负载均衡的基础上,通过合理进程调度实现内存共享率最大,使得处于活动态的内存节点数最少,从而达到数据中心内存能耗优化目的. 仿真结果表明,提出的启发式进程调度算法能有效降低内存能耗.     

计及电动汽车充电与可再生能源协同调度的负荷特性分析

电动汽车与可再生能源的协同调度是促进可再生能源消纳、平抑可再生能源并网带来的波动、减少电动汽车无序充电对电网影响的有效手段。本文以降低光伏发电入网后电网的净负荷波动为目标,建立电动汽车与光伏发电协同调度的数学模型。同时,针对现有的研究缺乏对电动汽车有序充电后的电网和电动汽车负荷特性进行定量分析的问题,提出特性评价指标,用于定量分析电动汽车响应调度后电网的负荷特性,并评估协同调度的效果和影响。最后,采用天津市某区域的数据进行仿真分析,结果表明,本文所提出的协同调度模型在不同光伏渗透率下均能有效地平抑可再生能源波动,减少负荷峰谷差。     

考虑需求侧协同响应的社区综合能源系统低碳经济调度

针对含电-热-冷-气子系统的综合能源系统中潜在的可调度资源,基于能源集线器,构建了包含燃气轮机发电系统、储能、需求侧响应模型在内的社区综合能源管理系统数学模型。该模型根据电、热、冷、气负荷需求特性的不同,分别建立相应需求响应模型。从社区能源运营商的角度出发,以包含系统运行成本和环境成本的系统总成本最低为目标函数,建立社区综合能源系统日前优化调度模型,采用Yalmip工具箱和Cplex求解器对算例进行求解,得到各个设备的最佳出力。仿真结果表明,对比未考虑需求侧协同响应的场景,电、热、冷、气需求侧响应参与调度可以优化负荷曲线,降低系统能耗,减少CO2排放,并使系统经济性达到最优。     

考虑需求侧响应的电气设备调度混合分散式优化

为了缓解用能持续增加对电力系统造成的负担和解决大规模电气设备联合调度时的优化计算问题,提出了考虑需求侧响应的大规模可控用电设备和储能设备的混合分布式优化调度方法。首先建立可控用电设备负荷和储能设备的数学模型,在此基础上,构建了以系统和各设备运行特性为约束,以系统购电费用、用户不满意费用和储能设备损耗费用之和最小为目标函数的混合整数非线性集中式优化数学模型。其次,针对此高维、多目标和多约束且难于求解的非线性集中式优化模型,采用拉格朗日松弛法将其分解为两个子问题,即分别对应可控电气设备负荷的优化调度问题和储能设备的优化调度问题。而且,对于前者又可进一步分解为各可控电气设备负荷的优化调度子问题并通过内点法求解计算;对于后者又可分解为各个储能设备问题的混合整数线性优化调度子问题并通过Benders分解法并行求解计算。然后,为了验证所提混合分布式优化方法的有效性及其优越性,基于算例,对比分析集中式和分散式优化调度时的目标函数值和电气设备优化调度结果,不同规模电气设备对集中式和分散式优化方法计算效率的影响。根据结果可见,所提优化调度方法与集中式优化方法的目标函数值基本一致,但所提方法对应的电气设备优化调度结果可以很好地响应分时电价策略,储能设备削峰填谷效果好;而且所提混合分布式优化方法可以降低优化问题的求解复杂度,计算效率高,几乎不受电气设备规模的影响。     

大规模可再生能源电解水制氢合成氨关键技术与应用研究进展

新能源的快速发展为电力和化工行业带来了机遇和挑战，一方面，由于可再生能源电力消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费，另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。因此，利用水力、光伏等可再生能源电解水制氢，为合成氨提供绿色原料，可显著提升可再生能源消纳能力，降低能耗与碳排放，服务国家“碳达峰、碳中和”目标。然而，可再生能源电力电量的波动性难以适配传统合成氨生产过程的平稳性要求，大规模可再生能源电解水制氢合成氨的设计与运行依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究突破适应可再生能源波动特性的大规模电解水制氢合成氨系统的集成与调控关键技术。对此，本文首先对可再生能源电解水制氢合成氨的工艺组成及过程进行介绍，包括电解水制氢工段、压缩缓冲工段、化工合成氨工段，进而提出该系统建设的关键技术体系，包括可再生能源波动条件下的合成氨工艺流程优化和柔性调控技术、考虑“电-热-质”耦合的大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术、计及可再生能源波动性与化工多稳态特性的“源-网-氢-氨”的全系统协同控制技术、计及电、氢、氨等要素的全方位安全防护与市场运营机制。针对适用于柔性生产的合成氨工艺优化及多工段协同调控技术，在考虑氢储供量与催化剂性能下，综合合成塔、压缩机、气体分离、换热网络等子系统开发了合成氨高保真代理模型；研究了可再生能源供给和市场需求波动下，充分考虑操作安全性和过程经济性的电解水制氢合成氨各子系统的适配方案与协同控制技术。针对大规模电制水制氢系统模块化集成和集群动态控制技术，基于奇异摄动和代理模型技术研究了集群系统多时间尺度时域仿真方法，建立了电解集群系统多物理耦合状态空间模型；综合考虑了模块启停组合调度、模块间功率分配调度及模块自身灵活调节，计及安全运行区间及电热气接口特性约束，以提高氢产量、提升能量利用效率、改善水光电源消纳和跟踪电网调峰调频指令为目标，构建了集群系统多目标分层调度与控制模型。针对氢能参与电网的全系统协同控制技术，研究了水光互补发电、电制氢、储氢、合成氨、储氨多工段间稳态运行特性的多工段间灵活运行方法，以及电制氢合成氨系统柔性动态协同控制方法；综合采用了静态等值和参数聚合等方法降维和等值电制氢合成氨系统仿真模型，研究了源网氢氨协同提升系统安全稳定性的优化控制方法和技术指标；结合电网调频和调峰特性，研究了电制氢合成氨系统参与电力辅助服务的策略。建设大规模可再生能源电解水制氢合成氨系统，提高可再生能源本地消纳率和并网调度友好性，降低化工碳排放，具有显著社会效益和战略意义。