一种基于动态负荷的数据中心储能型UPS控制方法与流程

本发明属于供电配电领域，具体涉及一种基于动态负荷的数据中心储能型ups控制方法。

背景技术：

1、随着5g、云计算、工业互联网、人工智能等数字技术快速普及应用，电力行业正在进行数字化转型，数据总量呈爆发式增长。数据中心作为电力数据的有效载体，保障其安全高效运行有着十分重要的现实意义。数据中心的不间断电源(uninterruptible powersystem，ups)设备及以其为核心的整个供电系统是保障数据中心供电的基础，因此，ups的优化控制是实现数据中心的可靠经济运行的关键。ups本质是一种电源的变化装置，一般包含整流、逆变、电池、控制系统等。正常情况下数据中心由市电直接供电，ups负责通过稳压、逆变等方法将市电转变为稳定、高质量的电源不断输送给数据中心的设备。当供电发生故障时，ups通过将电池释放的直流电通过逆变器转变为交流电，通过稳压等一系列操作后继续持续地给数据中心的供电，从而保障数据的安全。

2、ups作为数据中心的核心装置，其在功率配置时，一般按照系统可能出现的最大负荷为基准；容量配置时长一般也较长，如南方电网公司的数据中心要求配置时长不低于1小时。而实际数据中心一般ups的负荷率不超过80％，a级数据中心因为需要2n冗余，一般负荷率不超过45％。由此可以看出，为了满足数据中心的用电需求，ups的功率和容量均会超配，且电池长期处于浮充，整体运行不够优化。为此，充分调用ups的容量，在满足备电容量的情况，将富余的容量参与电网削峰填谷，即构建储能型ups，在延迟电池使用寿命的同时，增加系统的收益方面发展前景广阔。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于动态负荷的数据中心储能型ups控制方法，首先应用人工智能算法对数据中心每天的负荷进行预测，获取每天的动态最大负荷，以此作为备电容量；然后，将剩余容量参与电网削峰填谷，在谷时电价，储能型ups根据设置阈值充电；在平时电价，储能型ups不充电不放电；在峰时电价，储能型ups根据soc回差控制策略放电，从而实现储能型ups的高效经济可靠运行。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于动态负荷的数据中心储能型ups控制方法，包括如下步骤：

4、步骤一、当处于谷时电价时，将锂电池充电至98％作为充电设置阈值；

5、当soc<98％，给锂电池充电，此时并网变流器ac/dc的功率p为负荷功率与锂电池充电功率之和，即：

6、p＝-{(98％-soc)×c/t+pd+ηpd+η[(98％-soc)×c/t+pd+ηpd]}

7、其中，pd为负荷功率，η为并网变流器和负荷变流器损耗，t为锂电池充电时长，soc为当前的荷电状态；并网变流器ac/dc的功率p充电为负，放电为正；

8、当soc≥98％，对锂电池不充电不放电，此时并网变流器ac/dc的功率p仅为负荷功率：

9、p＝-[pd+ηpd+η(pd+ηpd)]

10、同时考虑到并网变流器ac/dc的额定功率pe，并网变流器ac/dc的实际功率pa为：

11、pa＝-min(pe,|p|)

12、其中，min()为求取最小值函数；

13、步骤二、当处于平时电价时：

14、当soc>socbi时，锂电池不充电不放电，此时并网变流器ac/dc的功率p仅为负荷功率：

15、p＝-[pd+ηpd+η(pd+ηpd)]

16、当soc≤socbi时，给锂电池充电，此时并网变流器ac/dc的功率为负荷功率与锂电池充电功率之和，即：

17、p＝-{(socbi-soc)×c/t+pd+ηpd+η[(socbi-soc)×c/t+pd+ηpd]}

18、其中，socbi为备电荷电状态；

19、同时考虑到并网变流器ac/dc的额定功率pe，并网变流器ac/dc的实际功率pa为：

20、pa＝-min(pe,|p|)

21、步骤三、当处于峰时电价时，在备电荷电状态socbi的基础上，增加一段缓冲区间，当锂电池的荷电状态处于该缓冲区间时，锂电池不充电不放电，只有超出该缓冲区间时，锂电池才放电。

22、进一步地，所述步骤三中，当soc≤socbi时，给锂电池充电，此时并网变流器ac/dc的功率p为负荷功率与锂电池充电功率之和，即：

23、p＝-{(socbi-soc)×c/t+pd+ηpd+η[(socbi-soc)×c/t+pd+ηpd]}

24、当socbi<soc≤socbi+δsoc时，锂电池不充电不放电，其中δsoc为缓冲区间，此时并网变流器ac/dc的功率仅为负荷功率：

25、p＝-[pd+ηpd+η(pd+ηpd)]

26、当soc>socbi+δsoc时，锂电池放电，包括如下情况：

27、(1)当锂电池放电功率和容量不能满足负荷需求时，缺额由电网补充，此时并网变流器ac/dc的功率p为：

28、p＝-{pd+ηpd-(soc-socbi-δsoc)×c/t+η[pd+ηpd-(soc-socbi-δsoc)×c/t]}

29、放电时考虑到并网变流器ac/dc的额定功率pe，并网变流器ac/dc的实际功率pa为：

30、pa＝-min(pe,|p|)

31、(2)当锂电池放电功率和容量满足负荷需求时，富余电量向电网售电，此时并网变流器ac/dc的功率p为：

32、p＝(1-η)[(soc-socbi-δsoc)×c/t-(pd+ηpd)]

33、充电时考虑到并网变流器ac/dc的额定功率pe，并网变流器ac/dc的实际功率pa为pa＝min(pe,p)。

34、有益效果：

35、本发明可以活化锂电池系统特性，提升锂电池储能系统的充放电性能，对延长其使用寿命大有益处，本发明克服了传统ups长期浮充的缺点；通过富余容量参与电网削峰填谷，可以增加系统的经济收益，对减少数据中心的运维成本有很大帮助。

技术特征：

1.一种基于动态负荷的数据中心储能型ups控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于动态负荷的数据中心储能型ups控制方法，其特征在于，所述步骤三中，当soc≤socbi时，给锂电池充电，此时并网变流器ac/dc的功率p为负荷功率与锂电池充电功率之和，即：

技术总结
本发明提出一种基于动态负荷的数据中心储能型UPS控制方法，首先应用人工智能算法对数据中心每天的负荷进行预测，获取每天的动态最大负荷，以此作为备电容量；然后，将剩余容量参与电网削峰填谷，在谷时电价，储能型UPS根据设置阈值充电；在平时电价，储能型UPS不充电不放电；在峰时电价，储能型UPS根据SOC回差控制策略放电，从而实现储能型UPS的高效经济可靠运行。本发明可以增加系统的经济收益，对减少数据中心的运维成本有很大帮助。

技术研发人员：彭鹏,李乐卿,李勇琦,雷旗开,唐西胜,孙玉树,赵宇鑫,李宁宁,王兵
受保护的技术使用者：南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15