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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2需求响应概述 2

1.3研究现状 3

1.4问题关键点 4

1.5本文工作 4

第二章 数据中心能耗模型 6

2.1 数据中心能耗模型 6

2.1.1 负载分配模型 6

2.1.2 数据中心功耗模型 7

2.2 本章小结 8

第三章 基于地理分布式数据中心的电费最小化负载调度策略 9

3.1 数据中心电费最小化负载调度策略研究 9

3.1.1 目标函数 9

3.1.2 决策变量 9

3.1.3 线性约束 10

3.1.4 算法设计 11

3.2 电网煤耗成本最优的负载调度策略研究 11

3.2.1最优分配负荷时的目标函数和约束条件 11

3.3本章小结 13

第四章 算例验证与性能评估 14

4.1 数据中心电费最小化算例验证 14

4.1.1模型与参数 14

4.1.2结果与分析 15

4.2 电网发电成本最低的负载分配策略算例验证 16

4.2.1模型与参数 16

4.2.2结果与分析 17

4.3 本章小结 17

第五章 数据中心需求响应特性和削峰填谷策略研究 18

5.1 数据中心原始参数模型 18

5.1.1数据中心日负荷曲线 18

5.1.2所在区域电网边际电价 19

5.2 优化算法对数据中心负荷分配的影响 20

5.3 数据中心需求响应特性分析及其参与系统调峰控制的策略研究 23

第六章 总结与展望 25

致 谢 26

参考文献 27

附录 28

附录一、地理分布式数据中心负载分配优化算法matlab程序 28

附录二、数据中心需求响应特性原始数据 31

摘 要

当前，数据中心能耗问题已经成为电力系统关注的热点。电费支出已经成为数据中心运营商不能忽视问题。本文通过大量的资料调研，明确了电能消耗的构成情况，构造综合考虑外部环境和内在运行方式的电能消耗模型；结合IDC运行特性和光缆传输约束下多个节点之间负荷传递的约束条件，探索其与电力网络匹配的运行特性，并根据得出的数据中心能耗模型和运行特性，研究数据中心负荷调峰场景下的需求响应特性；分别从数据中心运营商和电网总发电成本最优的前提下，考虑将多节点的数据中心作为一种可调度、可转移负荷，构建了多节点数据中心负荷参与电力系统调峰的日有功优化调度模型，最后，结合数据中心负荷的传输约束以及电力系统运行约束，研究不同调度方式下数据中心负荷对电网的削峰填谷效果。

关键词：数据中心，能耗，需求响应，削峰填谷，调度策略

ABSTRACT

At present, the data center energy consumption problem has become the focus of attention in the industry. Data center charge has become a problem which data center operators have to face.

In this paper, under a large number of data research, we have made a data center energy consumption model with the consideration of the external and internal environment; combined with data center operating characteristics and cable transmission constraints between multiple data center nodes. Based on the energy consumption model and operating characteristics of the data center, we studied the demand response characteristics of the data center. The data center of the multi-node is considered as a kind of schedulable and transferable load, and the multi-node data center load is involved in the daily active power optimization model of power system peaking. Finally, we studied the load constraint of the central load and the operation constraint of the power system.

KEY WORD: data center, energy consumption, demand response, hatching peak valley, scheduling strategy

第一章 绪论

数据中心（Internet Data Center, IDC）作为基础设施支持着互联网行业的业务运行，其规模迅速扩大，服务器及其他相关基础设备的数量和规模也在以很快的速度膨胀。庞大的IDC带来了巨大的能量消耗。在不久的将来，随着基础设施的扩建和升级，IDC的电力消耗成本问题将会变得越来越严重，且越发具有挑战性。因此，如何降低IDC的电力消耗成本成为IDC运营商（Operator of Internet Data Center）急需解决的问题，吸引了电力系统行业的强烈关注。

与此同时，IDC因其越来越大的电能消耗逐渐对电力系统造成越来越大的影响，因此其需求响应特性也逐渐成为业界研究的热点。数据中心相较与其他电力系统，因其负载具备可调度的属性（即地理分布式数据中心负载可根据实际情况进行负载调度，将电力系统压力较大的数据中心负载调度到其他区域电网中的数据中心），其需求响应特性与正常的电力系统负荷具有了一定差异性。

1.1研究背景

IDC因其拥有为数众多的服务器，而这些服务器都需要大量的电力消耗，同时，IDC服务器在运行时产生了大量的热，由此产生的冷却耗电也成为IDC电费较高的原因之一，IDC的电能消耗所占比例已经达到全球总电力供给的1.3%，根据预测，在三年内，这一数字很有可能达到8%[1]。根据统计，互联网公司谷歌集团每年的电能消费达到了630000兆瓦时，这些电能消耗产生的电费达到了3800万美元。有统计数据表明，截止到2011年初，世界范围内IDC总数量已经达到339万个。其中，美国拥有接近一百万个，而西欧国家的IDC总量也接近了70万，两者之和几乎为现有IDC总量的五成。而中国则约有46万个IDC，约为全球IDC总量的8%。

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