智能电网影响感知的数据中心需求响应策略与机制研究

With the sizes of datacenters increase and their energy consumption becomes significant accordingly, as well as the integration of various kinds of renewable energy, the randomness of both supplier side and consumer side brings great impact and challenges for the utility grid. Smart grid provides demand response programs to stimulate users to actively adjust their electricity load. Datacenters are good candidates to participate into such programs due to their huge energy consumption amount and variable load. Here, we aim at the datacenters deployed into the smart grid environment, propose to study the smart-grid-aware demand response strategies and mechanisms while maximizing the profit of the datacenter itself. Major research points include: 1) to study the impact on the smart grid system due to the deployment of datacenters and the integration of renewable energy sources, by modeling, fitting and quantification methods, in order the instruct the design of demand response strategies; 2) to research on smart-grid-aware strategies for datacenters to participate into the demand response programs, considering the impact on the efficiency and stability of the smart grid system by the decision of demand response strategies; 3) to design synthetic approaches to actually react to the demand response requirements by task migration, performance adjustment, temperature controlling and so on. This research can provide theoretical basis for the planning, building and spreading of the smart grid architecture, and is also meaningful for operating the datacenters more efficiently and optimizing the management costs.

随着数据中心规模和能耗的不断增大，以及多种多样的可再生能源接入电网，供给侧和需求侧的随机性变化都对电网运行带来较大的冲击和影响。智能电网中提供需求响应项目来激励用户根据电网需求来调节负载，而数据中心因其规模和可变性则非常适合参与此类项目。本项目以接入智能电网运行环境的数据中心为研究对象，对其中的需求响应策略与机制进行研究，在考虑自身收益的同时也应当做到智能电网影响感知。重点研究内容包括：研究数据中心的部署与可再生能源的接入对智能电网环境造成的影响，对其进行建模、拟合和量化，从而指导需求响应策略的设计；研究智能电网感知的数据中心需求响应策略，充分考虑在需求响应决策时对电网运行效率和安全性的影响；结合任务迁移、性能调节、温度控制等多种手段和方法，研究快速、即时、准确的数据中心需求响应手段。本项目的实施将对智能电网体系的规划、建设和推广提供理论基础，对数据中心自身的运营和成本优化也具有重要意义。

由于各种可再生能源的接入对电网运行带来的随机性变化可能造成的冲击和影响，智能电网中提供需求响应项目来激励用户侧调节负载，而数据中心因其规模和可变性则非常适合参与此类项目。本项目以接入智能电网运行环境的数据中心为研究对象，对其中的需求响应策略与机制进行研究。具体地，从建立模型、设计策略和算法及实现原型系统等几个方面着手，探索了数据中心与可再生能源在智能电网环境中接入之后对电网运行的影响，进而利用多种手段相结合的方式调节数据中心负载以达到快速即时的需求响应，研究和设计了一套能够应用于智能电网环境中的数据中心需求响应策略与机制。研究内容及成果包括以下几个方面：.首先是建立了数据中心与可再生能源在电网系统中交互及影响的模型，为后续设计和实现数据中心参与需求响应的策略所需的计算和评估提供了必要基础；二是设计和实现了受电网运行效率和可靠性约束的需求响应策略和优化算法，使数据中心在参与需求响应的过程中在有效性的同时也能够保障电网运行的安全性和稳定性；三是设计了数据中心为达到需求响应目标的具体机制，综合利用多种控制手段来面向智能电网参与需求响应，在达到响应目标的同时尽可能降低开销和调节成本。针对上述研究内容设计和实现了仿真原型系统，对上述研究成果在典型场景中进行了应用和验证。.综上所述，本项目着眼于目前工业界与学术界所关注的前沿方向，同时也结合了西部地区拥有各类充足可再生资源的优势与特色，挖掘数据中心作为可变可控负载在智能电网中能够发挥的作用和潜力，针对参与需求响应的策略和具体机制和手段开展了研究，对电网运行损耗、成本、稳定性、安全性及数据中心的自身收益等多个方面建立了完整全面的研究体系。研究成果一方面能够为未来可再生能源数据中心的规划、构建和管理提供有益的参考，另一方面也能够促进可再生能源的开发和利用并为智能电网运行调控提供新的途径和手段。