论文总字数：17409字

摘 要

从这几年的发展情况来看，数据中心的功耗是变得越来越高，它所消耗的电能也有相当大的数量，而且还在不断变高。和其他的需求响应资源并不一样，数据中心的负载在时间上和空间上的范围都比较广阔，这使得它越来越受到国内外的重视。然而，在电网运行规划这一方面，包含了数据中心的理论还不是很充分，在电网侧部分还没有很好地理解到这些处在不同位置的数据中心的价值，就比如在提高可用输电能力、缓解跨区域电网阻塞、降低输电损耗等这些方面都是有不错的用处。

从以上方面进行考虑，考虑到数据中心的在地理位置的分布上有区别的这一特点，对数据流调度这方面进行了电网规划的研究。本文首先是介绍了有关数据中心以及电网规划的相关课题背景和研究意义，证明了这一课题的意义性。表面了数据中心在现代需求响应上的作用。然后阐述了互联网与数据中心之间的联系，以及数据流调度相关的原理，并进行了初步的建模。接着我介绍了数据中心参与经济运行中的总体架构，并规划出数据中心参与经济运行调度后大致的结果，同时分析了以发电机组的有功供电成本的最小化为目标，以数据中心的功耗以及各发电机的有功出力等为约束条件，建立了数据流经济调度的数学模型。最后利用matlab进行编程，计算出经济调度优化后所减少的功耗和价格，证明了数据流调度的极大优越性。

关键词：数据中心；经济调度；需求响应

Research on power grid operation planning considering data flow dispatching

Abstract

From the development in recent years, the power consumption of the data center is becoming higher and higher, and the power consumption of the data center is also quite large, and it is still increasing. Unlike other demand response resources, data center has a wide range of load in time and space, which makes it more and more attention at home and abroad. However, in the aspect of power grid operation planning, the theory of data center is not enough, and the value of these data centers in different locations is not well understood in the power grid side, such as improving available transmission capacity, alleviating cross regional grid congestion, reducing transmission loss and so on.

Considering the above aspects, considering the difference in the geographical distribution of data center, this paper studies the power grid planning of data flow scheduling. Firstly, this paper introduces the background and research significance of data center and power grid planning, which proves the significance of this topic. It shows the role of data center in modern demand response. Then, the relationship between the Internet and the data center, as well as the principle of data flow scheduling are described, and the preliminary modeling is carried out. Then I introduce the overall architecture of data center participating in economic operation, and plan the general results of data center participating in economic operation scheduling. At the same time, I analyze the objective of minimizing the active power supply cost of generating units, and establish the mathematical model of data flow economic scheduling based on the power consumption of data center and the active power output of each generator. Finally, Matlab is used to program to calculate the power consumption and price reduced after economic scheduling optimization, which proves the great superiority of data flow scheduling.

Keywords: data center; economic dispatch; demand response

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 引言 1

1.1 课题研究背景与研究意义 1

1.2 国内外数据中心研究现状 1

1.3 本文的主要工作 2

第二章 数据中心功耗建模 3

2.1 基本概念 3

2.1.1 互联网数据中心 3

2.1.2 数据流 3

2.1.3 直流潮流 3

2.2 数据中心的功耗建模 4

2.2.1 假定条件 4

2.2.2 数据中心功耗与服务器功耗之间的函数关系建模 4

2.2.3 服务器功耗与数据负荷量之间的函数关系建模 4

2.2.4 数据中心的功耗模型 5

2.3 数据负荷处理 5

第三章 数据中心参与系统经济运行调度策略研究 7

3.1 数据中心参与系统经济运行的总体架构 7

3.2 数据中心双层经济调度模型 9

3.2.1 上层模型 9

3.2.2 下层模型 10

第四章 案例分析 11

4.1 IEEE-30节点系统 11

4.2 单时段仿真结果分析 11

4.3 本章总结 12

第五章 总结和展望 13

致 谢 14

参考文献（References） 15

第一章 引言

1.1 课题研究背景与研究意义

从这几年来看，互联网技术的发展迅速而又庞大，同时数据中心的规模和数量也正变得越来越多，这使得全球的电力负荷都需要数据中心的参与。经过统计数据得出，整个地球的数据中心的通电量居然达到了全球的总用电量的 1.3%，而在我国，数据中心的用电量也已经达到看整个中国用电量的1%，并且我国的数据中心用电量已经冲破了一千亿千瓦时的档位，这已经和国内第一发电站一整年的发电量几乎相同了，可谓是十分巨大。预计至2025 年，信息和通信技术消耗的电量将会是全球耗电量的15%以上，成为电网主要的能耗和负载主体。由此可见，数据中心用电已成为电网运行过程中有相当规模体量的负荷。

同时，数据中心通常会预留很多服务器，这导致了利用率低下。许多行业的网络负载在不同的时间段是有大有小。比如，电商平台的数据中心在假期或“双11”期间会产生网络应用的高峰；金融机构的数据中心在白天时各个业务比较繁忙，网络流量较大，而在晚上就会没有什么网络负载。美国国家资源保护委员会在一项关于数据中心能源效率的报告中指出，多达30%的服务器是休眠状态。而出于对网络流量高峰进行热备用的考虑，数据中心拥有者在非网络负载尖峰时并不关闭这一冗余。

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