光伏發(fā)電廠和數(shù)據(jù)中心并網(wǎng)的影響

(青海大學(xué) 青海 西寧 810016)

一、引言

隨著當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展，Google公司于2006年首次提出了云計(jì)算(Cloud Computing)的概念和理論。數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的核心基礎(chǔ)設(shè)施，隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，越來越多的資源將集中在數(shù)據(jù)中心，使數(shù)據(jù)中心的能耗越來越高，數(shù)據(jù)中心能耗成本往往占數(shù)據(jù)中心總運(yùn)營成本的 50% 以上[1]。

數(shù)據(jù)中心能耗成本的不斷擴(kuò)大，近些年來如何針對數(shù)據(jù)中心自身運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行能耗降低的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)[2]；同時(shí)新型能源的使用也成為構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心中利用情況[4]。然而，可再生能源的一個(gè)重要特點(diǎn)是間斷性和劇烈的變化特性，使得這類發(fā)電并網(wǎng)困難。

已經(jīng)有相關(guān)人員針對上述問題進(jìn)行了研究：加拿大多倫多大學(xué)的 Amir 等人[5]探索了云計(jì)算中心和智能電網(wǎng)之間的交互現(xiàn)象，并給出了一種在云計(jì)算系統(tǒng)中合理分配服務(wù)請求的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)表明采用智能電網(wǎng)影響感知的設(shè)計(jì)能夠使得整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)載更加均衡。李鵬等人[6]通過對分布式發(fā)電單元各部分的結(jié)構(gòu)分析,給出了一般應(yīng)用場景下的對暫態(tài)仿真的建模需求,對暫態(tài)仿真算法的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)現(xiàn)技術(shù)僅提供一個(gè)基本的實(shí)現(xiàn)思路。

二、模型建立

(一)電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下潮流分析的基礎(chǔ)。根據(jù)線路及元器件參數(shù)求出對應(yīng)的等值電路，采用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣建立網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。

通過N個(gè)總線鏈接成一個(gè)網(wǎng)格拓?fù)涞姆种?，將N個(gè)總線連接到數(shù)據(jù)中心和光伏發(fā)電廠或各種負(fù)載上。在系統(tǒng)模型中，電力流動(dòng)等效功率流方程為:

(1)

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

中心作為電網(wǎng)的負(fù)載，一般具有較大的功率，負(fù)載主要包括CPU,內(nèi)存等，相關(guān)其負(fù)載是可變的。當(dāng)計(jì)劃在某一點(diǎn)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的時(shí)候，需要將數(shù)據(jù)中心接到其相應(yīng)的母線上，所在母線的負(fù)載就會(huì)相應(yīng)增加：

(2)

表示電網(wǎng)的有功功率負(fù)載，N為母線總數(shù)，和代表數(shù)據(jù)中心運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的有功和無功負(fù)載。

(二)光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電廠作為電網(wǎng)的輸電設(shè)備，本文研究的光伏發(fā)電模型僅僅關(guān)注了接入電網(wǎng)后的輸出結(jié)果。通過給定的光照、溫度等值。根據(jù)光伏發(fā)電板電池特性，輸出對應(yīng)的功率輸出序列。假設(shè)給定的光伏發(fā)電板有M個(gè)電池組件，每一個(gè)組件的使用面積和光電轉(zhuǎn)換效率分別是，m=1,

2,

…m，則M個(gè)光伏電板的輸出功率為：

pm=rAη

(2)

由于光照具有隨機(jī)性特點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)功率在一段時(shí)間內(nèi)近似服從Beta分布，其概率密度函數(shù)為：

(3)

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

三、實(shí)驗(yàn)分析

數(shù)據(jù)中心放置在3、12、15、26號(hào)節(jié)點(diǎn)上，觀察網(wǎng)損的變化。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)損的分析如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心在不同節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)損

再此基礎(chǔ)上在5號(hào)節(jié)點(diǎn)接入光伏，觀察網(wǎng)損變化電壓變化，如圖2圖3所示

圖2 接入光伏發(fā)電

圖3

從這三張圖中可以看出，接入光伏對電網(wǎng)的穩(wěn)定性有一定的影響。在不同的節(jié)點(diǎn)放置數(shù)據(jù)中心對電網(wǎng)的影響也不同。電壓的變化也影響。

四、總結(jié)

本文是以數(shù)據(jù)中心和光伏發(fā)電廠在電網(wǎng)中的部署和交互仿真作為研究主題， 利用綠色能源進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的電力供給。合理的數(shù)據(jù)中心和光伏發(fā)電廠位置的選擇可以有助于減少電網(wǎng)的網(wǎng)損并提高穩(wěn)定性。