本发明属于电力系统调度，具体涉及一种数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法及系统。
背景技术：
1、随着数字化时代的到来，社会和科技的发展对于大数据、云计算的需求正日益增长。为了支撑用户对于数据和算力的需求，各大互联网企业正在大量配置各种体量的数据中心，然而数据中心的运行会消耗大量的电能，同时产生巨大的热量。
2、为保证数据中心的安全稳定运行，需要不间断的对其进行冷却。主流的数据中心冷却方法包括空调冷却、水侧冷却以及冰蓄冷。空调冷却通过空调系统向机房中输入冷空气，然后排出热空气带走热量；水侧冷却利用河流湖泊等外界低温水体来冷却数据中心；冰蓄冷采用错峰用电制冰储存，再择机融冰释放冷量的工作模式。空调冷却可以稳定提供冷量，但由于需要不间断消耗大量电能，其产生的用电成本和碳中和成本较高；水侧冷却不额外消耗电能、不产生额外的碳排放，但是该方式会造成自然水体中水分的过量蒸发，对自然环境造成影响；冰蓄冷具有可以有效利用低谷时段用电储冷的特点，在节约用电成本方面具有一定优势，但其在储冷过程中会产生冷量损耗。
3、合理的为数据中心搭配分布式抽水蓄能系统和分布式光伏系统有助于提高对于数据中心负荷的灵活支撑能力。分布式抽水蓄能系统在负荷低谷时段将水抽至上水库，高峰时段放水释放势能发电，相比于传统大型抽水蓄能系统，其应用更加分散和灵活。同样的，分布式光伏系统为分散安装在用户端或靠近用户端的一种光伏发电模式，其通常规模较小。
4、为充分利用各类冷却手段在不同季节、时段的优势，并与分布式抽水蓄能系统和光伏系统形成动态互补，如何对空调冷却、水侧冷却、冰蓄冷、分布式抽水蓄能系统以及分布式光伏系统进行联合运行优化配置和运行，在满足数据中心冷量需求、保证其稳定运行的前提下，最小化系统综合成本，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够充分利用各类冷却手段并与分布式电源形成动态互补，从而最小化系统综合成本的中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法及系统。
2、为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
3、第一方面，本发明提供一种数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法，所述联合运行优化方法包括：
4、s1、构建联合运行优化模型；所述联合运行优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为在满足数据中心负荷冷量需求的前提下最小化系统综合成本，所述系统综合成本包括系统总配置成本、购电成本、碳中和成本、水体水蒸发成本，所述系统总配置成本包括分布式电源系统配置成本、冷却系统配置成本，所述分布式电源系统包括分布式抽水蓄能系统、分布式光伏系统，所述冷却系统包括空调冷却系统、水侧冷却系统、冰蓄冷系统；
5、s2、求解联合运行优化模型，输出系统联合运行方案。
6、所述目标函数为：
7、min cp[(1+α)γ-1]/αγ2+ce+cz+cw；
8、
9、上式中，cp、ce、cz、cw分别为系统总配置成本、购电成本、碳中和成本、水体水蒸发成本；α、γ分别为贴现率、投资年限；ds为一年中季节s的典型日数量；ns分布式抽水蓄能系统中配置的机组数量；vus、vds分别为分布式抽水蓄能系统的上、下水库容量；np、na、ni分别为光伏电池、冷却空调、制冰机的配置台数；prns、prvs、prp、pri、pra分别为抽水蓄能机组、抽水蓄能水库、光伏电池、冷却空调、制冰机的单位成本；为季节s的时段t内由上级电网向配电网供电的功率；pre为系统的单位购电成本；tu为单位时间；ηw为采用水侧冷却时单位冷量所造成的水分蒸发量；ηs为水体蒸发率，表征单位水体在单位时间内的自然蒸发量；为季节s的时段t内水侧冷却所产生的冷量；prw为单位水蒸发成本；μc为单位发电量所产生碳排放；prc为单位碳中和成本。
10、所述约束条件包括冷却系统配置运行约束，所述冷却系统配置运行约束包括冷量需求平衡约束、空调冷却系统冷量约束、冰蓄冷系统功率及冷量约束、冰蓄冷系统工作状态约束；
11、所述冷量需求平衡约束包括：
12、
13、上式中，为季节s的时段t内数据中心的总负荷；δcd为数据中心总负荷所产生的冷量需求系数；分别为季节s的时段t内空调冷却、水侧冷却、冰蓄冷融冰所产生的冷量；
14、所述空调冷却系统冷量约束包括：
15、
16、上式中，为季节s的时段t内采用空调冷却所消耗的电功率；ηa为空调系统的能效比；pua为单台空调的最大功率；
17、所述冰蓄冷系统功率及冷量约束包括：
18、
19、上式中，为季节s的时段t内冰蓄冷所消耗的电功率；pui为单台制冰机的最大功率；为季节s的时段t内冷库储存的冷量；ηl为冰蓄冷系统储冷的单位时间自损系数；ηi为制冰机的能效比；ism为冰蓄冷系统储冷的上限；为季节s的时段t-1内空冰蓄冷融冰所产生的冷量；
20、所述冰蓄冷系统工作状态约束包括：
21、
22、上式中，δm为大m常数；为季节s的时段t内冰蓄冷系统工作状态的二进制变量；tn为一个典型日内的最后一个时段。
23、所述约束条件还包括分布式电源配置与运行约束、配电网运行约束，所述分布式电源配置与运行约束包括分布式抽水蓄能系统功率约束、分布式抽水蓄能系统工况约束、分布式抽水蓄能系统输送水量约束、分布式抽水蓄能系统上下水库储水量约束、分布式光伏系统运行约束；所述配电网运行约束包括数据中心接入节点功率平衡约束、配电网有功和无功的功率平衡约束、配电网线路功率上下限约束、配电网电压约束；
24、所述分布式抽水蓄能系统功率约束包括：
25、
26、上式中，分别为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统的输入、输出功率；为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统的实际输出或输入功率；为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统由下水库抽入上水库的水量；为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统由上水库排入下水库的水量；ρ为水的密度；g为重力加速度；h分布式抽水蓄能系统上、下水库的高度差；γs为分布式抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率；tu为单位时间；
27、所述分布式抽水蓄能系统工况约束包括：
28、
29、上式中，为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统的二进制工况变量；
30、所述分布式抽水蓄能系统输送水量约束包括：
31、
32、上式中，δvs，t为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统上下水库的相互输送的水量；δvm为分布式抽水蓄能系统单位时间内输送水量的上限；
33、所述分布式抽水蓄能系统上下水库储水量约束包括：
34、
35、上式中，vhs，t、vhs，t-1分别为季节s的时段t、时段t-1内分布式抽水蓄能系统的上水库水量；vds，t、vds，t-1分别为季节s的时段t、时段t-1内分布式抽水蓄能系统的下水库水量；ηs为水体蒸发率，表征单位水体在单位时间内的自然蒸发量；
36、所述分布式光伏系统运行约束包括：
37、
38、上式中，为季节s的时段t内分布式光伏系统的最大输出功率；为光伏电池的基准时序出力特性；为季节s的光照强度系数，表征不同季节的光照强弱；为季节s的时段t内分布式光伏系统的实际输出功率；
39、所述数据中心接入节点功率平衡约束包括：
40、
41、所述配电网有功和无功的功率平衡约束包括：
42、
43、上式中，分别为季节s的时段t内配电网节点e处接入的基础有功和无功负荷；υe为数据中心接入点的二进制关联系数；分别为季节s的时段t内配电网线路w上的有功和无功功率；κw，e表示线路w和配电网节点e间的二进制关联系数；
44、所述配电网线路功率上下限约束包括：
45、
46、上式中，lcw表示线路w的配置容量；
47、所述配电网电压约束包括：
48、
49、上式中，δus，t，w为季节s的时段t内线路w上的电压降；us，t，a、us，t，b、us，t，e分别为季节s的时段t内节点a、b、e的母线电压，节点a、b分别为线路w的两个端点；分别为线路w的电阻和电抗；um、um分别为配电网母线电压的上、下限。
50、第二方面，本发明提供一种数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化系统，所述联合运行优化系统包括模型构建模块、仿真计算模块；
51、所述模型构建模块，用于构建联合运行优化模型；所述联合运行优化模型包括目标函数和约束条件，所述目标函数为在满足数据中心负荷冷量需求的前提下最小化系统综合成本，所述系统综合成本包括系统总配置成本、购电成本、碳中和成本、水体水蒸发成本，所述系统总配置成本包括分布式抽水蓄能系统、分布式光伏系统及冷却系统的配置成本，所述冷却系统包括空调冷却系统、水侧冷却系统、冰蓄冷系统；
52、所述仿真计算模块，用于求解联合运行优化模型，输出系统联合运行方案。
53、所述目标函数为：
54、min cp[(1+α)γ-l]/αγ2+ce+cz+cw；
55、
56、上式中，cp、ce、cz、cw分别为系统总配置成本、购电成本、碳中和成本、水体水蒸发成本；α、γ分别为贴现率、投资年限；ds为一年中季节s的典型日数量；ns分布式抽水蓄能系统中配置的机组数量；vus、vds分别为分布式抽水蓄能系统的上、下水库容量；np、na、ni分别为光伏电池、冷却空调、制冰机的配置台数；prns、prvs、prp、pri、pra分别为抽水蓄能机组、抽水蓄能水库、光伏电池、冷却空调、制冰机的单位成本；为季节s的时段t内由上级电网向配电网供电的功率；pre为系统的单位购电成本；tu为单位时间；ηw为采用水侧冷却时单位冷量所造成的水分蒸发量；ηs为水体蒸发率，表征单位水体在单位时间内的自然蒸发量；为季节s的时段t内水侧冷却所产生的冷量；prw为单位水蒸发成本；μc为单位发电量所产生碳排放；prc为单位碳中和成本。
57、所述约束条件包括冷却系统配置运行约束，所述冷却系统配置运行约束包括冷量需求平衡约束、空调冷却系统冷量约束、冰蓄冷系统功率及冷量约束、冰蓄冷系统工作状态约束；
58、所述冷量需求平衡约束包括：
59、
60、上式中，为季节s的时段t内数据中心的总负荷；δcd为数据中心总负荷所产生的冷量需求系数；分别为季节s的时段t内空调冷却、水侧冷却、冰蓄冷融冰所产生的冷量；
61、所述空调冷却系统冷量约束包括：
62、
63、上式中，为季节s的时段t内采用空调冷却所消耗的电功率；ηa为空调系统的能效比；pua为单台空调的最大功率；
64、所述冰蓄冷系统功率及冷量约束包括：
65、
66、上式中，为季节s的时段t内冰蓄冷所消耗的电功率；pui为单台制冰机的最大功率；为季节s的时段t内冷库储存的冷量；ηl为冰蓄冷系统储冷的单位时间自损系数；ηi为制冰机的能效比；ism为冰蓄冷系统储冷的上限；为季节s的时段t-1内空冰蓄冷融冰所产生的冷量；
67、所述冰蓄冷系统工作状态约束包括：
68、
69、上式中，δm为大m常数；为季节s的时段t内冰蓄冷系统工作状态的二进制变量；tn为一个典型日内的最后一个时段。
70、所述约束条件还包括分布式电源配置与运行约束、配电网运行约束，所述分布式电源配置与运行约束包括分布式抽水蓄能系统功率约束、分布式抽水蓄能系统工况约束、分布式抽水蓄能系统输送水量约束、分布式抽水蓄能系统上下水库储水量约束、分布式光伏系统运行约束，所述配电网运行约束包括数据中心接入节点功率平衡约束、配电网有功和无功的功率平衡约束、配电网线路功率上下限约束、配电网电压约束；
71、所述分布式抽水蓄能系统功率约束包括：
72、
73、上式中，分别为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统的输入、输出功率；为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统的实际输出或输入功率；为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统由下水库抽入上水库的水量；为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统由上水库排入下水库的水量；ρ为水的密度；g为重力加速度；h分布式抽水蓄能系统上、下水库的高度差；γs为分布式抽水蓄能系统中可逆机组的能量传输效率；tu为单位时间；
74、所述分布式抽水蓄能系统工况约束包括：
75、
76、上式中，为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统的二进制工况变量；
77、所述分布式抽水蓄能系统输送水量约束包括：
78、
79、上式中，δvs，t为季节s的时段t内分布式抽水蓄能系统上下水库的相互输送的水量；δvm为分布式抽水蓄能系统单位时间内输送水量的上限；
80、所述分布式抽水蓄能系统上下水库储水量约束包括：
81、
82、上式中，vhs，t、vhs，t-1分别为季节s的时段t、时段t-1内分布式抽水蓄能系统的上水库水量；vds，t、vds，t-1分别为季节s的时段t、时段t-1内分布式抽水蓄能系统的下水库水量；ηs为水体蒸发率，表征单位水体在单位时间内的自然蒸发量；
83、所述分布式光伏系统运行约束包括：
84、
85、上式中，为季节s的时段t内分布式光伏系统的最大输出功率；为光伏电池的基准时序出力特性；为季节s的光照强度系数，表征不同季节的光照强弱；为季节s的时段t内分布式光伏系统的实际输出功率；
86、所述数据中心接入节点功率平衡约束包括：
87、
88、所述配电网有功和无功的功率平衡约束包括：
89、
90、上式中，分别为季节s的时段t内配电网节点e处接入的基础有功和无功负荷；υe为数据中心接入点的二进制关联系数；分别为季节s的时段t内配电网线路w上的有功和无功功率；kw，e表示线路w和配电网节点e间的二进制关联系数；
91、所述配电网线路功率上下限约束包括：
92、
93、上式中，lcw表示线路w的配置容量；
94、所述配电网电压约束包括：
95、
96、上式中，δus，t，w为季节s的时段t内线路w上的电压降；us，t，a、us，t，b、us，t，e分别为季节s的时段t内节点a、b、e的母线电压，节点a、b分别为线路w的两个端点；分别为线路w的电阻和电抗；um、um分别为配电网母线电压的上下限。
97、第三方面，本发明提供一种数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化设备，所述控制设备包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的方法。
98、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。
99、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
100、本发明一种数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法，构建并求解联合运行优化模型，输出得到系统联合运行方案；该联合运行优化模型基于联合运行系统构建得到，该联合运行系统中，不仅考虑了数据中心的多种冷却方式的联合使用，如空调冷却、水侧冷却以及冰蓄冷的联合，能够充分利用各类冷却手段在不同季节、时段的优势，而且考虑了多类分布式电源对于数据中心负荷的功率支撑，如分布式抽水蓄能、分布式光伏，实现了多类分布式电源与多种冷却方式的动态互补；联合运行优化模型的目标函数为在满足数据中心负荷冷量需求的前提下最小化系统综合成本，该系统综合成本中，在传统的各类设施配置成本、购电成本的基础上，还考虑了数据中心冷却所产生的碳排放成本和水体蒸发成本，使系统综合成本的设计更为合理。因此，本发明能够充分利用各类冷却手段并与分布式电源形成动态互补，能够在满足数据中心冷量需求的基础上降低系统综合成本。
1.数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化方法，其特征在于：
5.数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化系统，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化系统，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化系统，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化系统，其特征在于：
9.数据中心负荷冷却的抽蓄光伏联合运行优化设备，其特征在于：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的方法。
