光伏發電廠和數據中心并網的影響

(青海大學 青海 西寧 810016)

一、引言

隨著當今信息技術的發展，Google公司于2006年首次提出了云計算(Cloud Computing)的概念和理論。數據中心是云計算的核心基礎設施，隨著云計算技術的不斷成熟和進步，數據中心的規模逐漸擴大，越來越多的資源將集中在數據中心，使數據中心的能耗越來越高，數據中心能耗成本往往占數據中心總運營成本的 50% 以上[1]。

數據中心能耗成本的不斷擴大，近些年來如何針對數據中心自身運行特點進行能耗降低的研究已經成為熱點[2]；同時新型能源的使用也成為構建綠色數據中心的重要趨勢和前沿方向[3]，越來越多的研究人員開始研究可再生能源在數據中心中利用情況[4]。然而，可再生能源的一個重要特點是間斷性和劇烈的變化特性，使得這類發電并網困難。

已經有相關人員針對上述問題進行了研究：加拿大多倫多大學的 Amir 等人[5]探索了云計算中心和智能電網之間的交互現象，并給出了一種在云計算系統中合理分配服務請求的設計，實驗表明采用智能電網影響感知的設計能夠使得整個電網的負載更加均衡。李鵬等人[6]通過對分布式發電單元各部分的結構分析,給出了一般應用場景下的對暫態仿真的建模需求,對暫態仿真算法的實現方式和實現技術僅提供一個基本的實現思路。

二、模型建立

(一)電力系統

電力系統網絡的數學模型是電力系統正常運行情況下潮流分析的基礎。根據線路及元器件參數求出對應的等值電路，采用節點導納矩陣建立網絡的數學模型。

通過N個總線鏈接成一個網格拓撲的分支，將N個總線連接到數據中心和光伏發電廠或各種負載上。在系統模型中，電力流動等效功率流方程為:

(1)

Pi表示有功功率注入量,Bij是一個虛數表示在矩陣總線上的行i和列j的網格，θi表示在總線i上的電壓移相器角度。

中心作為電網的負載，一般具有較大的功率，負載主要包括CPU,內存等，相關其負載是可變的。當計劃在某一點構建數據中心的時候，需要將數據中心接到其相應的母線上，所在母線的負載就會相應增加：

(2)

表示電網的有功功率負載，N為母線總數，和代表數據中心運行時產生的有功和無功負載。

(二)光伏發電系統

光伏發電廠作為電網的輸電設備，本文研究的光伏發電模型僅僅關注了接入電網后的輸出結果。通過給定的光照、溫度等值。根據光伏發電板電池特性，輸出對應的功率輸出序列。假設給定的光伏發電板有M個電池組件，每一個組件的使用面積和光電轉換效率分別是，m=1,

2,

…m，則M個光伏電板的輸出功率為：

pm=rAη

(2)

由于光照具有隨機性特點，因此數據功率在一段時間內近似服從Beta分布，其概率密度函數為：

(3)

其中Γ是Gamma函數，α和β是Beta分布的形狀參數。Rm是方陣的最大輸出功率，Rm=Aηrmax，rmax是最大光照強度。

三、實驗分析

數據中心放置在3、12、15、26號節點上，觀察網損的變化。數據中心網損的分析如圖1所示。

圖1 數據中心在不同節點上的網損

再此基礎上在5號節點接入光伏，觀察網損變化電壓變化，如圖2圖3所示

圖2 接入光伏發電

圖3

從這三張圖中可以看出，接入光伏對電網的穩定性有一定的影響。在不同的節點放置數據中心對電網的影響也不同。電壓的變化也影響。

四、總結

本文是以數據中心和光伏發電廠在電網中的部署和交互仿真作為研究主題， 利用綠色能源進行數據中心的電力供給。合理的數據中心和光伏發電廠位置的選擇可以有助于減少電網的網損并提高穩定性。