馬曉燕，穆云飛，李樹榮，姜欣陽，李華，陳長(zhǎng)金

(1. 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津市300072；2. 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司雄安新區(qū)供電公司，河北省雄安新區(qū) 071000；3. 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司涉縣供電分公司，河北省邯鄲市 056400；4. 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力培訓(xùn)中心，石家莊市 050000)

0 引 言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用導(dǎo)致資源枯竭、環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重[1-2]，同時(shí)傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)優(yōu)化和運(yùn)行局限于電/氣/冷/熱等單一能源系統(tǒng)內(nèi)部，且各種能源形式分開且相對(duì)獨(dú)立，這大大限制了能源的綜合協(xié)調(diào)利用，不利于用能能效的提升和節(jié)能減排等[3]。如何在確保人類社會(huì)能源可持續(xù)供應(yīng)的同時(shí)盡量減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類能源的高效利用、清潔轉(zhuǎn)換和互補(bǔ)融合已成為近年來研究的熱點(diǎn)。為此，習(xí)近平總書記提出了推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、加強(qiáng)國(guó)際合作等重要論述，明確要求建設(shè)清潔低碳、能源安全、科技創(chuàng)新、擴(kuò)大開放的現(xiàn)代能源體系。針對(duì)上述問題和背景，能源互聯(lián)網(wǎng)(energy internet，EI)和綜合能源系統(tǒng)(integrated energy system，IES)[4-6]的概念應(yīng)運(yùn)而生。

EI旨在將能源和互聯(lián)網(wǎng)深度融合，強(qiáng)調(diào)信息流和能量流之間的交互作用，注重多能源系統(tǒng)間的泛在互聯(lián)[7-8]。IES是EI的物理載體，特指在“規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行等過程中，通過對(duì)能源的產(chǎn)生、傳輸、分配、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化后，逐步形成以電力系統(tǒng)為核心，涵蓋供電/氣/冷/熱等能源產(chǎn)供銷一體化的復(fù)雜系統(tǒng)”[3,6]。IES集電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)等于一體，能夠滿足多種能量需求，通過多種能源間的科學(xué)調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)多種能源的綜合管理和經(jīng)濟(jì)調(diào)度，是多能互補(bǔ)、能源梯級(jí)利用等理念實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵，同時(shí)它能夠提高能源的利用效率、促進(jìn)可再生能源消納、緩解環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)重要用戶的不間斷供能等[9]。

近年來IES已經(jīng)得到各國(guó)政府和工業(yè)界的支持，并已列入美國(guó)[10]、歐盟[11]、韓日[12]等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)能源發(fā)展領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。國(guó)際上的專家學(xué)者于2014年成立能源系統(tǒng)集成國(guó)際聯(lián)合研究會(huì)以解決IES的協(xié)調(diào)與優(yōu)化問題；而中國(guó)近年來已從國(guó)家層面對(duì)IES進(jìn)行積極探索和研究，2015年7月國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》，并提出“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源行動(dòng)的設(shè)想[13]。2016年7月，國(guó)家發(fā)展改革委聯(lián)合國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見》[14]，強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新管理體制和商業(yè)模式，以加快推進(jìn)示范工程建設(shè)，提高能源系統(tǒng)效率，帶動(dòng)有效投資，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)。2017年10月，國(guó)家電網(wǎng)有限公司下發(fā)《關(guān)于在各省公司開展綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的意見》，同時(shí)國(guó)家電網(wǎng)有限公司與南方電網(wǎng)公司陸續(xù)提出要做強(qiáng)、做優(yōu)、做大綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)，推動(dòng)公司由電能供應(yīng)商向綜合能源服務(wù)商轉(zhuǎn)變。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量高速增加，截至2019年年底，我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模達(dá)到314.5萬架，其中大型及超大型數(shù)據(jù)中心占比達(dá)75%[15]。未來以數(shù)據(jù)中心為應(yīng)用典型的信息能源耦合IES的物質(zhì)流、能量流、信息流三流特性各異但高度耦合的特性[16-18]，為IES耦合建模與協(xié)同控制帶來新的困難與挑戰(zhàn)。同時(shí)數(shù)據(jù)中心的機(jī)房散熱密度高、空調(diào)設(shè)備不間斷運(yùn)行、服務(wù)器等IT設(shè)備運(yùn)行功耗和空調(diào)制冷功耗的時(shí)變特性[19]，導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)部局部過熱成為一個(gè)比較突出的問題，影響著整個(gè)IES的安全穩(wěn)定運(yùn)行及能源利用效率[20]。

目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)IES開展了詳細(xì)研究，包括IES的建模、運(yùn)行、規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化、評(píng)估等。其中IES的優(yōu)化運(yùn)行是通過協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化管理各類分布式可再生能源、分布式儲(chǔ)能、分布式冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)與電網(wǎng)絡(luò)等的運(yùn)行特性，以滿足用戶的用冷/熱/電等需求，確保以電網(wǎng)為骨干網(wǎng)的IES運(yùn)行可靠性，以此有效解決系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和穩(wěn)定運(yùn)行問題以及因電/氣/冷/熱等能源種類多樣和數(shù)量眾多造成的耦合管理等難題[21]，提高系統(tǒng)內(nèi)部的供電可靠性和電能質(zhì)量，減少能源在傳輸和分配過程中的損耗等。但已有研究大多針對(duì)某一特定的或假定的IES進(jìn)行研究，鮮有對(duì)基于數(shù)據(jù)中心的IES運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行系統(tǒng)性的梳理和總結(jié)，同時(shí)鮮有研究采用IES降低數(shù)據(jù)中心制冷耗電量的策略。在保證數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行前提下，研究基于數(shù)據(jù)中心的IES優(yōu)化運(yùn)行，對(duì)于降低制冷設(shè)備能耗、提高能源利用效率具有重要意義。

為此，本文針對(duì)數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行這一問題對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行綜述并給出相應(yīng)思考。在國(guó)內(nèi)外IES相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，本文首先引入IES的典型研究框架以及基于數(shù)據(jù)中心的IES傳統(tǒng)研究框架；其次，總結(jié)分析多能源系統(tǒng)中的通用系統(tǒng)建模和含能源集線器的通用建模及擴(kuò)展建模；然后，對(duì)IES及基于數(shù)據(jù)中心的IES優(yōu)化運(yùn)行國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)，并提出一種多能源輸入-多能源耦合-多能源輸出的運(yùn)行方式；最后，梳理當(dāng)前研究的不足，并對(duì)未來基于數(shù)據(jù)中心的IES建模和運(yùn)行優(yōu)化等問題進(jìn)行展望。

1 基于數(shù)據(jù)中心的IES研究框架

1.1 IES典型物理架構(gòu)與設(shè)備

IES根據(jù)地理因素與電/氣/冷/熱等各類能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)和消費(fèi)環(huán)節(jié)特性，分為跨區(qū)級(jí)、區(qū)域級(jí)和用戶級(jí)IES[22]。根據(jù)已有研究中各類IES的物理架構(gòu)[23-24]，現(xiàn)以區(qū)域級(jí)IES為例總結(jié)出圖1所示的IES典型物理架構(gòu)和設(shè)備示意。圖中將電力、天然氣、供冷、供熱等多種能源環(huán)節(jié)相互耦合，通過系統(tǒng)間的有機(jī)協(xié)調(diào)和運(yùn)行調(diào)度，以此實(shí)現(xiàn)多種能源的高效利用，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖1 IES典型物理架構(gòu)與設(shè)備示意Fig.1 Typical physical architecture and equipment diagram of IES

如圖1所示，根據(jù)電/氣/冷/熱系統(tǒng)間是否存在能流間的相互轉(zhuǎn)化將IES中的設(shè)備分為：獨(dú)立型運(yùn)行設(shè)備(可再生能源和儲(chǔ)能設(shè)備等)和耦合型運(yùn)行設(shè)備。其中電-氣耦合元件為電轉(zhuǎn)氣(power to gas，P2G)技術(shù)，電-熱耦合元件為電鍋爐、熱泵等，電-冷耦合元件為戶用空調(diào)、電制冷機(jī)、冰蓄冷空調(diào)等，電-氣-熱-冷耦合元件為冷/熱/電三聯(lián)供機(jī)組(主要由微型燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和吸收式制冷機(jī)組成)。通過各類轉(zhuǎn)換元件的相互耦合，各類能源之間可實(shí)現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào)運(yùn)行。

圖2 數(shù)據(jù)中心用電量分布圖Fig.2 Power consumption distribution of data center

1.2 基于數(shù)據(jù)中心的IES研究框架

數(shù)據(jù)中心內(nèi)部含有大量的計(jì)算機(jī)及電子設(shè)備進(jìn)行不間斷的運(yùn)行，由此產(chǎn)生大量熱量。根據(jù)美國(guó)采暖制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)技術(shù)委員會(huì)9.9統(tǒng)計(jì)報(bào)告，數(shù)據(jù)中心用電量分布大致如圖2所示[25]，其中空調(diào)制冷耗電約占數(shù)據(jù)中心總耗電量的31%。隨著設(shè)備的增多，IT設(shè)備集成度不斷提高，機(jī)房?jī)?nèi)部局部過熱問題嚴(yán)重，為保證數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行，需及時(shí)排熱。數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)如圖3所示，傳統(tǒng)電制冷數(shù)據(jù)中心

圖3 傳統(tǒng)電制冷數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of data center with traditional electric refrigeration

結(jié)構(gòu)采用可再生能源(風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電)、儲(chǔ)能設(shè)備及市電滿足數(shù)據(jù)中心的電負(fù)荷需求，采用電制冷設(shè)備(如空調(diào)制冷)滿足數(shù)據(jù)中心的冷負(fù)荷需求。

2 IES的穩(wěn)態(tài)建模及組件分析

IES中獨(dú)立型設(shè)備單元生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)電能、熱能或天然氣，相關(guān)設(shè)備主要包括光伏電池[26]、風(fēng)力發(fā)電機(jī)[27]、儲(chǔ)能電池[28]、熱力管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)等，目前對(duì)獨(dú)立型設(shè)備單元的建模研究較為成熟。隨著多能源供能設(shè)備的不斷組合，其耦合建模難度增加，連接關(guān)系更加復(fù)雜。為解決上述問題，有學(xué)者提出了能源集線器的概念，以研究IES的通用建模。本節(jié)將主要進(jìn)行IES耦合型設(shè)備元件建模和能源樞紐擴(kuò)展建模。

2.1 IES耦合型設(shè)備元件建模

2.1.1 電轉(zhuǎn)氣技術(shù)模型

P2G技術(shù)以一種環(huán)境友好的方式通過電-氣網(wǎng)絡(luò)的深度耦合將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并以H2或天然氣的方式存儲(chǔ)。目前各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者對(duì)P2G建模、控制和應(yīng)用等方面做了很多研究[29-31]。其中文獻(xiàn)[31]對(duì)電轉(zhuǎn)氣進(jìn)行了精細(xì)化建模，模型結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括以下2個(gè)過程：

圖4 電轉(zhuǎn)氣精細(xì)化模型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of refined model of P2G

1)電轉(zhuǎn)氫氣。

通過電解水產(chǎn)生H2和O2，生成的H2經(jīng)壓縮機(jī)加壓進(jìn)入儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存，再經(jīng)壓縮機(jī)加壓后用于燃料電池、工業(yè)設(shè)計(jì)或者交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

2)電轉(zhuǎn)天然氣。

在電轉(zhuǎn)氫氣基礎(chǔ)上，高溫高壓下經(jīng)薩巴蒂催化反應(yīng)將H2和CO2在甲烷反應(yīng)器合成CH4和水，生成的CH4可直接注入天然氣管道供給天然氣負(fù)荷或參與到燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行中。此處CO2可由碳捕捉技術(shù)從大氣、電廠尾氣或沼氣中獲取，同時(shí)產(chǎn)生的天然氣由電能轉(zhuǎn)換而來，因而可削弱可再生能源間歇性的影響[32]。

P2G技術(shù)主要包含電解槽、儲(chǔ)氫罐和甲烷反應(yīng)器三部分，相應(yīng)的通用模型可分別表示為[32-33]：

EEL,H2,t=uEL,e,tf(PEL,e,t/PEL,rated)πEL,rated

(1)

EHT,t=EHT,t-1+EHT,in,t-EHT,out,t

(2)

PM,g,t=ηmEM,H2,t×4HL×1/κ

(3)

式中：EEL,H2,t、PEL,e,t、PEL,rated分別為t時(shí)段電解槽產(chǎn)氫量、輸入電功率和其電功率額定值；πel,rated為電解槽的額定容量；f(PEL,e,t/PEL,rated)為電解槽效率函數(shù)；uEL,e,t為t時(shí)段電解槽啟動(dòng)狀態(tài)二進(jìn)制變量，uEL,e,t為0或1分別表示電解槽的停機(jī)和啟動(dòng)狀態(tài)；EHT,t、EHT,in,t、EHT,out,t分別為t時(shí)段的有效儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)氫量、注入儲(chǔ)氫罐的有效氫量和儲(chǔ)氫罐的輸出氫量；PM,g,t、EM,H2,t分別為t時(shí)段甲烷反應(yīng)器生成的天然氣功率和輸入甲烷反應(yīng)器的有效氫量；ηm、HL分別為甲烷反應(yīng)器的運(yùn)行效率和天然氣低熱值；κ為天然氣管道每立方米對(duì)應(yīng)的氣體質(zhì)量；4為H2生成天然氣的摩爾質(zhì)量折算系數(shù)。

2.1.2 氫燃料電池出力模型

氫燃料電池(fuel cell，F(xiàn)C)是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的分布式電源，它也是氣-電耦合設(shè)備的典型代表。FC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、燃燒成本低、燃料利用率高、工作時(shí)無噪音、對(duì)環(huán)境影響小，其中經(jīng)由P2G技術(shù)產(chǎn)生的H2可供給FC進(jìn)行發(fā)電[34]。氫燃料電池的輸出功率可表示為：

PFC,t=PH2,FC,tηH2ηFC

(4)

式中：PFC,t、PH2,FC,t分別為t時(shí)刻FC輸出的有功功率和消耗的H2功率；ηH2和ηFC分別為FC的H2利用率和發(fā)電效率。

2.1.3 電制冷機(jī)出力模型

電制冷機(jī)(電-冷耦合設(shè)備)通過消耗電能來進(jìn)行制冷[35]，其制冷功率表達(dá)式為：

Qele,t=Pele,tηele

(5)

式中：Qele,t為電制冷機(jī)的制冷功率；Pele,t為電制冷機(jī)消耗的電功率；ηele為電制冷機(jī)的能效比。

2.1.4 冰蓄冷空調(diào)出力模型

冰蓄冷空調(diào)主要包括制冷機(jī)和蓄冰槽兩部分，有制冷和蓄冰2種運(yùn)行方式[36]。冰蓄冷裝置可以利用夜間低谷電價(jià)進(jìn)行制冰存儲(chǔ)在蓄冰槽中，利用白天用電高峰時(shí)進(jìn)行的融冰制冷量滿足負(fù)荷側(cè)供冷需求。冰蓄冷結(jié)構(gòu)按照制冷機(jī)和蓄冰設(shè)備的連接情況分為并聯(lián)式和串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，其中并聯(lián)式冰蓄冷結(jié)構(gòu)可聯(lián)合供冷也可單獨(dú)供冷，制冷機(jī)可同時(shí)制冰和供冷；串聯(lián)式冰蓄冷結(jié)構(gòu)中制冷機(jī)和蓄冰槽的冷量分布則存在一定的比例關(guān)系。以并聯(lián)式冰蓄冷結(jié)構(gòu)為例，其典型的數(shù)學(xué)模型如下所示[37-38]：

1)制冷機(jī)。

Qref,i,t=Pref,i,tEref,t

(6)

式中：Qref,i,t、Pref,i,t和Eref,t分別為t時(shí)段第i個(gè)制冷機(jī)的制冷功率、電功率和制冷機(jī)的制冷能效比。

2)蓄冰槽。

(7)

式中：Stank,i,t為第i個(gè)蓄冰槽t時(shí)段的蓄冰容量；σtank為蓄冰槽的自損耗系數(shù)；Ptank,i,t和Qtank,i,t分別為t時(shí)段第i個(gè)蓄冰槽的電功率和制冷功率；Etank和ηtank分別為蓄冰槽的制冰能效比和融冰效率；Tref、Tmelt分別為冰蓄冷裝置運(yùn)行在蓄冰和融冰時(shí)段。

3)其他。

Qref,i,t+Qtank,i,t=Qice,i,t

(8)

Pref,i,t+Ptank,i,t=Pice,i,t

(9)

(10)

式中：Qice,i,t、Pice,i,t分別為t時(shí)段第i個(gè)冰蓄冷裝置的總制冷功率和電功率。在實(shí)際運(yùn)行中，制冷機(jī)和蓄冰槽的供冷量與通過制冷機(jī)和蓄冰槽乙二醇溶液的流量有關(guān)。

2.1.5 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)模型

在IES中，電/氣/冷/熱耦合環(huán)節(jié)通常是通過冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)(combined cooling, heating and power, CCHP)實(shí)現(xiàn)的。CCHP主要以微型燃?xì)廨啓C(jī)(micro turbine, MT) (氣-電耦合設(shè)備)進(jìn)行發(fā)電，余熱鍋爐(氣-熱耦合設(shè)備)產(chǎn)生的余熱分別經(jīng)換熱器和吸收式制冷機(jī)(熱-冷耦合設(shè)備)來供熱和制冷。經(jīng)由P2G技術(shù)產(chǎn)生的CH4可供給CCHP系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、制熱和制冷。CCHP的物理模型[24,39]為：

1)MT出力模型。

MT是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的小型分布式能源系統(tǒng)，通常以天然氣為燃料，具有體積小、污染少、可靠性高等性能。其輸出功率可表示為：

PMT,t=Pgas,MT,tηgasηMT

(11)

式中：PMT,t、Pgas,MT,t分別為t時(shí)刻MT輸出的有功功率和消耗的天然氣功率；ηgas和ηMT分別為MT的天然氣利用率和發(fā)電效率。

2)余熱鍋爐出力模型。

余熱鍋爐輸出的總熱功率表達(dá)式為：

(12)

余熱鍋爐供給熱負(fù)荷的制熱功率為：

Qheat,t=QHE,tηHEηhe

(13)

3)吸收式制冷機(jī)出力模型。

吸收式制冷機(jī)通過利用工業(yè)生產(chǎn)過程中MT的余熱補(bǔ)足冷負(fù)荷需求，所產(chǎn)生的制冷功率為：

Qcold,t=QHE,tηHEηAC

(14)

式中：Qcold,t、ηAC分別為t時(shí)刻吸收式制冷機(jī)制冷功率輸出和制冷能效比。

2.2 能源集線器及其在IES優(yōu)化運(yùn)行中的擴(kuò)展建模

2.2.1 能源集線器

隨著電鍋爐、微型燃?xì)廨啓C(jī)等供能元件的增加和負(fù)荷形式的變化，如何分析IES中的能量轉(zhuǎn)化、分配和存儲(chǔ)性質(zhì)是建模中遇到的主要問題。為此，2007年瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Martin Geidl等人發(fā)起了名為“未來能源愿景”的項(xiàng)目，提出了能源集線器的概念，即一種描述多能源載體中能源、網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷間轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)和存儲(chǔ)電、熱、冷等多種形式能量的單元[40]。

圖5為一個(gè)含EH的IES端口模型示意圖。無論系統(tǒng)多復(fù)雜，都可以表示成多種能源輸入-多種能源輸出的形式，而EH則用來分析能源轉(zhuǎn)化、傳輸和分配過程，即EH代表不同能源基礎(chǔ)設(shè)施與負(fù)荷之間的接口，其可通過一個(gè)能源耦合矩陣C來描述IES中的供能單元和終端需求的輸入輸出特性，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)多種能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，并使得IES的規(guī)劃、優(yōu)化等可直接進(jìn)行分析求解。EH數(shù)學(xué)表達(dá)式和簡(jiǎn)化表達(dá)式分別為：

圖5 IES輸入-輸出端口示意圖Fig.5 Schematic of Input-output port for IES

(15)

Lout=CPin

(16)

式中：α,β, …,ω代表不同能源形式(電力、天然氣、熱能、可再生能源等)；Pin和Lout分別代表不同能源的輸入和輸出矩陣；Cαβ為第β種能源輸出與第α種能源的輸入比值。

2.2.2 能源集線器的擴(kuò)展模型

IES系統(tǒng)中輸入側(cè)能源種類多樣，耦合關(guān)系復(fù)雜，目前已有通過對(duì)輸入側(cè)加入儲(chǔ)能裝置以對(duì)EH模型進(jìn)行擴(kuò)展的方法[22]，同時(shí)文獻(xiàn)[41]對(duì)含多種元素的EH建模進(jìn)行了詳細(xì)的推廣，包括充分考慮儲(chǔ)能、需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車、新能源并網(wǎng)等元素?；诖?，本文將在基于數(shù)據(jù)中心的IES優(yōu)化中考慮加入儲(chǔ)能，同時(shí)將耦合矩陣分解為能源分配和能源傳輸/轉(zhuǎn)化兩個(gè)步驟。

能源分配表示輸入側(cè)的多種能源以一定比例分配到能源傳輸/轉(zhuǎn)化設(shè)備；能源傳輸/轉(zhuǎn)化指通過不同的途徑將輸入該設(shè)備的能源以一定的轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后傳輸給負(fù)荷側(cè)。相應(yīng)的表達(dá)式為：

(17)

(18)

L′out=ηυPin

(19)

式中：vαβ(0≤vαβ≤1)為輸入側(cè)能源α分配到轉(zhuǎn)化第β種能源的比例；ηαβ為能源α轉(zhuǎn)化為能源β的效率；v、η分別為分配矩陣和效率矩陣。

當(dāng)在IES中加入電儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能后，輸入側(cè)為多種供能設(shè)備P和風(fēng)、光等獨(dú)立型運(yùn)行單元PR；輸出端包括數(shù)據(jù)中心電負(fù)荷Le和冷負(fù)荷Lc；電儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能能量分別用EEB、EHB表示；儲(chǔ)能耦合矩陣分別用SEB、SHB表示。通過耦合矩陣建立的EH擴(kuò)展模型可表示為：

(20)

綜上，EH的通用模型及其擴(kuò)展模型通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換將多種能源需求和多種能源供給連接，并且可通過優(yōu)化方法得出滿足負(fù)荷需求條件下的能源供給方式，因而適用于基于數(shù)據(jù)中心的IES優(yōu)化運(yùn)行。

3 數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1 IES優(yōu)化運(yùn)行國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

IES優(yōu)化運(yùn)行問題通?？沙橄鬄槿缦卤磉_(dá)式：

(21)

式中：Ht、Htrans,t分別為t時(shí)刻系統(tǒng)中各能源單元的直接供熱功率和轉(zhuǎn)換熱功率；Pt+PR,t=Le,t、Ht+Htrans,t=Lc,t分別為電力和熱力負(fù)荷的等式約束條件；g(Pt,Ht,Htrans,t)≤0為系統(tǒng)的不等式約束條件，通常優(yōu)化運(yùn)行中目標(biāo)函數(shù)為經(jīng)濟(jì)成本最低、穩(wěn)定性最高或數(shù)據(jù)中心制冷降耗最大等。

為實(shí)現(xiàn)不同能源間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、可再生能源消納、節(jié)能減排以及實(shí)現(xiàn)IES的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等，針對(duì)IES優(yōu)化調(diào)度的相關(guān)研究意義重大。按照系統(tǒng)研究對(duì)象來分，IES可分為：電-氣IES、電-熱IES和電-氣-熱IES。按照最優(yōu)化研究方法來說，目前研究熱點(diǎn)包括：?jiǎn)渭兊淖顑?yōu)化方法研究、考慮新能源及負(fù)荷隨機(jī)性的概率最優(yōu)能流和隨機(jī)最優(yōu)能流研究。

3.1.1 電-氣IES優(yōu)化運(yùn)行研究現(xiàn)狀

天然氣作為一種重要的化石能源，在電力系統(tǒng)中的占比不斷增加。天然氣資源豐富、易于儲(chǔ)存、清潔高效[42]，相較于風(fēng)、光等可再生能源的間歇性和波動(dòng)性，天然氣可同時(shí)為天然氣網(wǎng)和電力網(wǎng)持續(xù)供能。天然氣網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)有相似的能量流動(dòng)形式，且與電力網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系最為緊密，目前對(duì)電-氣互聯(lián)IES的研究集中在協(xié)調(diào)運(yùn)行層面。

文獻(xiàn)[43]研究了電-氣互聯(lián)IES經(jīng)濟(jì)調(diào)度和優(yōu)化運(yùn)行問題。天然氣網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)性以及運(yùn)行約束易導(dǎo)致系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果過于樂觀，同時(shí)新能源的大規(guī)模接入會(huì)增加電力系統(tǒng)的不確定性，進(jìn)而電-氣互聯(lián)系統(tǒng)間的相關(guān)性也會(huì)對(duì)優(yōu)化調(diào)度方案產(chǎn)生影響，因此考慮隨機(jī)因素影響的概率最優(yōu)潮流受到極大重視[44]。文獻(xiàn)[45]計(jì)及負(fù)荷和風(fēng)電的不確定性，考慮電力網(wǎng)與天然氣網(wǎng)的運(yùn)行約束以及輸入變量間的相關(guān)性，采用基于Nataf變換的點(diǎn)估計(jì)法進(jìn)行了電-氣互聯(lián)系統(tǒng)的概率最優(yōu)潮流計(jì)算。文獻(xiàn)[46]則考慮風(fēng)電場(chǎng)出力及電力、天然氣負(fù)荷的隨機(jī)性，通過建立基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的電-氣互聯(lián)IES最優(yōu)潮流模型，并采用基于半不變量法和內(nèi)點(diǎn)法的啟發(fā)式算法進(jìn)行求解，最終表明該模型有助于提高電-氣互聯(lián)IES運(yùn)行的安全性。但上述研究未考慮風(fēng)電等可再生能源并網(wǎng)對(duì)電-氣IES的影響。

針對(duì)可再生能源并網(wǎng)問題，目前采用P2G技術(shù)將低谷時(shí)段難以消納的風(fēng)電轉(zhuǎn)化為易于大規(guī)模存儲(chǔ)的天然氣，以此實(shí)現(xiàn)電力-天然氣網(wǎng)絡(luò)的深度耦合，從而改善系統(tǒng)運(yùn)行靈活性和存在的棄風(fēng)消納問題[47]。目前文獻(xiàn)[31]已對(duì)P2G技術(shù)進(jìn)行了精細(xì)化建模，但天然氣較高的運(yùn)行成本嚴(yán)重影響了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)上述問題，文獻(xiàn)[48-51]分別研究了電轉(zhuǎn)氣對(duì)電-氣互聯(lián)IES運(yùn)行的影響、如何提升風(fēng)電調(diào)度的能力、如何解決系統(tǒng)凈負(fù)荷削峰填谷的問題以及如何兼顧系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)電消納能力的問題，以此提高風(fēng)電利用率、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本等，但上述研究均未涉及需求側(cè)響應(yīng)。

需求響應(yīng)可引導(dǎo)用戶理性用能，合理轉(zhuǎn)移高峰用電以此平移負(fù)荷峰谷，從而有效提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。目前對(duì)電-氣IES中引入需求響應(yīng)正處于初步探索階段，文獻(xiàn)[52]提出了一種考慮需求側(cè)負(fù)荷響應(yīng)及動(dòng)態(tài)天然氣潮流的電-氣IES優(yōu)化調(diào)度新模型，并通過仿真驗(yàn)證了需求響應(yīng)所帶來的經(jīng)濟(jì)性。

同時(shí)考慮負(fù)荷和風(fēng)電的不確定性、風(fēng)電消納以及需求響應(yīng)的電-氣綜合能源系統(tǒng)目前鮮有研究，這是目前亟待解決的問題。

3.1.2 電-熱IES優(yōu)化運(yùn)行研究現(xiàn)狀

除電-氣互聯(lián)外，電-熱互聯(lián)IES中電能和熱能是人類生產(chǎn)生活的基本需求，也是該系統(tǒng)的主要能源形式[53]，熱系統(tǒng)的傳輸較慢、慣性較大，其延時(shí)效應(yīng)可等效為系統(tǒng)的儲(chǔ)能，特別是當(dāng)傳輸規(guī)模較大時(shí)可為系統(tǒng)提供較大的儲(chǔ)能容量，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性[32]。現(xiàn)有文獻(xiàn)已建立了有關(guān)熱網(wǎng)的通用模型[54]。

在電-熱IES中，傳統(tǒng)電熱聯(lián)合調(diào)度中“以熱定電”的運(yùn)行模式限制了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致棄風(fēng)現(xiàn)象高發(fā)，除利用電-熱系統(tǒng)的互補(bǔ)特性提升系統(tǒng)消納可再生能源的能力外，常采用配置儲(chǔ)熱或電鍋爐的方式解耦“以熱定電”的運(yùn)行方式[55-58]。文獻(xiàn)[55]對(duì)包含大容量?jī)?chǔ)熱的電-熱聯(lián)合系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景和提高消納能力等關(guān)鍵技術(shù)方面做了綜述，但缺乏對(duì)具體實(shí)施方式和應(yīng)用效果的分析。文獻(xiàn)[56]構(gòu)建了包含儲(chǔ)熱的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和電供熱系統(tǒng)的調(diào)度模型，將儲(chǔ)熱納入包含風(fēng)電的電力系統(tǒng)有功調(diào)度模型，進(jìn)而以最大化風(fēng)電消納為目標(biāo)，通過算例仿真分析和驗(yàn)證了儲(chǔ)熱提升風(fēng)電消納能力的有效性。文獻(xiàn)[57]提出了在熱電廠中配置大型電鍋爐來解耦熱電廠“以熱定電”約束以參與風(fēng)電調(diào)峰的運(yùn)行方案，并對(duì)方案的國(guó)民經(jīng)濟(jì)性和潛在效益進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[58]則將電鍋爐和熱儲(chǔ)相結(jié)合進(jìn)行了風(fēng)電消納能力的分析。

文獻(xiàn)[59-60]分別考慮熱力系統(tǒng)中供熱管道傳輸時(shí)間延遲等熱動(dòng)態(tài)特性以及用戶供熱需求的柔性、供熱管道動(dòng)態(tài)特性約束和儲(chǔ)熱裝置的模型，建立了包含儲(chǔ)熱的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型和熱電聯(lián)合調(diào)度模型，并分別驗(yàn)證了相應(yīng)模型提高可再生能源消納能力的水平。除此之外，現(xiàn)有文獻(xiàn)[61]采用能量流法來統(tǒng)一電力和熱力系統(tǒng)，提出基于能量流的電熱IES棄風(fēng)消納優(yōu)化調(diào)度模型，并在考慮換熱約束的前提下，協(xié)調(diào)優(yōu)化電-熱IES以實(shí)現(xiàn)棄風(fēng)的大規(guī)模消納。文獻(xiàn)[62-63]則從需求側(cè)角度出發(fā)，分別考慮了用戶舒適性和多種負(fù)荷需求響應(yīng)，建立了電-熱分時(shí)間尺度平衡的IES運(yùn)行優(yōu)化模型和考慮電熱多種復(fù)合綜合需求響應(yīng)的園區(qū)微網(wǎng)IES以提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。不僅如此，文獻(xiàn)[64]在考慮IES經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)還考慮了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)碳排放對(duì)環(huán)境的影響問題。

目前綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境效益和可再生能源消納的電-熱IES優(yōu)化調(diào)度問題少有研究，這將是未來值得深入研究的問題。

3.1.3 電-氣-熱IES優(yōu)化運(yùn)行研究現(xiàn)狀

IES中各類能源轉(zhuǎn)換設(shè)備如電鍋爐、熱泵、冷熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、天然氣等使得電力網(wǎng)-天然氣網(wǎng)-熱力網(wǎng)相互耦合，以此實(shí)現(xiàn)多能源的互動(dòng)和轉(zhuǎn)換。

目前對(duì)于電-氣-熱IES建模問題集中在靜態(tài)建模研究。文獻(xiàn)[65]提出了集成電-氣-熱網(wǎng)的能源互聯(lián)網(wǎng)模型。文獻(xiàn)[66]形成了電-氣-熱系統(tǒng)的綜合能量流模型。文獻(xiàn)[67]通過不同能源網(wǎng)絡(luò)間的耦合機(jī)制建立了電-氣-熱綜合能源耦合系統(tǒng)模型，同時(shí)考慮階梯碳交易機(jī)制建立了經(jīng)濟(jì)成本最低的區(qū)域IES經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并提出了包含能源集線器、熱網(wǎng)和天然氣網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)度策略，最后采用果蠅優(yōu)化算法對(duì)天津某IES“以電定熱”模式、“以熱定電”模式和“綜合最優(yōu)”3種模式下的電力、熱力和天然氣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行算例分析，說明了在“綜合最優(yōu)”模式下的總運(yùn)行成本更小，碳排放更低，同時(shí)也驗(yàn)證了果蠅優(yōu)化算法的有效性。目前對(duì)于同時(shí)計(jì)及熱網(wǎng)與氣網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的電-氣-熱互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的研究尚不多見，大部分側(cè)重于兩種能流的耦合。如文獻(xiàn)[68]提出了一種電-氣-熱互聯(lián)系統(tǒng)日前優(yōu)化調(diào)度模型，并將模型轉(zhuǎn)化為線性問題繼而利用GAMS軟件進(jìn)行求解，最后通過算例仿真分析證明了計(jì)及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性在IES中的可行性與必要性。

針對(duì)風(fēng)電接入背景下的不確定因素及其相關(guān)性，文獻(xiàn)[69]建立了電-氣-熱IES概率最優(yōu)能量流模型，并采用基于Nataf變換的三點(diǎn)估計(jì)法求解模型，以此驗(yàn)證了模型的可行性與有效性。文獻(xiàn)[70]則針對(duì)風(fēng)電不確定性提出了一種IES擴(kuò)展規(guī)劃方法，并建立以投資、運(yùn)行、電能不足與棄風(fēng)成本之和最小為目標(biāo)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，進(jìn)而采用基于場(chǎng)景法的兩階段規(guī)劃求解策略對(duì)模型進(jìn)行求解分析，再利用GAMS對(duì)所建電-氣-熱IES進(jìn)行優(yōu)化求解，所得最優(yōu)擴(kuò)展規(guī)劃結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的正確性。

綜合考慮風(fēng)電不確定性、不同能源網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性以及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等效益的電-氣-熱IES優(yōu)化目前鮮有研究，這將是未來值得研究的方向。

3.2 數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前一般采用水冷、風(fēng)冷、液冷、蒸發(fā)冷卻與機(jī)械制冷聯(lián)合或冰蓄冷空調(diào)制冷等制冷方式來降低數(shù)據(jù)中心內(nèi)部過熱問題，但傳統(tǒng)的電制冷或空調(diào)制冷等方式嚴(yán)重依賴電網(wǎng)，導(dǎo)致制冷能耗增加，系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，同時(shí)當(dāng)發(fā)生大面積斷電事故時(shí)，將嚴(yán)重威脅數(shù)據(jù)中心的安全和可靠運(yùn)行[71]。

目前鮮有對(duì)數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行的研究，但已有采用獨(dú)立的單分布式能源運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心，解決數(shù)據(jù)中心冷負(fù)荷和電負(fù)荷需求量大的問題。如文獻(xiàn)[72]從能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3個(gè)方面評(píng)估了冷熱電聯(lián)供的性能，表明數(shù)據(jù)中心可充分發(fā)揮冷熱電聯(lián)供的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[73]采用分布式能源如冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心制冷，根據(jù)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中余熱回收制冷的方式擺脫對(duì)電網(wǎng)的依賴性并提高可靠性，同時(shí)分布式能源將綜合能源進(jìn)行梯級(jí)利用，減少了輸電線路的能源損耗。文獻(xiàn)[74]采用冰蓄冷空調(diào)為數(shù)據(jù)中心供冷，緩解了電網(wǎng)負(fù)荷負(fù)擔(dān)。文獻(xiàn)[75]采用基于FC的冷熱電聯(lián)供機(jī)組以定功率方式為數(shù)據(jù)中心供能，以此降低系統(tǒng)運(yùn)行成本和碳排放，但該數(shù)據(jù)中心采用的是定負(fù)荷運(yùn)行，與工程應(yīng)用有一定差距。因目前大多是采用單種類型的分布式電源應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心或者是定負(fù)荷數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行，這就導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，制冷耗電量增加，運(yùn)行靈活性差、偏差大。

若采用多能源系統(tǒng)作為輸入側(cè)，以協(xié)調(diào)各類分布式可再生能源、分布式冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)與電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行特性，滿足數(shù)據(jù)中心用冷/熱/電的需求，降低系統(tǒng)制冷耗電量和運(yùn)行成本，理論上可有效解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的局部過熱問題。

如圖6所示，本文提出采用多能源輸入-多能源耦合-多能源輸出的運(yùn)行方式來滿足數(shù)據(jù)中心的冷、電負(fù)荷需求，其中電負(fù)荷需求由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、儲(chǔ)能設(shè)備及外界電網(wǎng)來滿足，冷負(fù)荷需求由戶用空調(diào)、電制冷機(jī)、冰蓄冷裝置及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)構(gòu)中的余熱吸收式制冷設(shè)備來滿足。其中電解槽電解反應(yīng)產(chǎn)生的H2一部分供給燃料電池，燃料電池可進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電電量可繼續(xù)參與電解槽的電解；另一部分H2經(jīng)過甲烷反應(yīng)器與CO2反應(yīng)生成天然氣供微型燃?xì)廨啓C(jī)使用，微型燃?xì)廨啓C(jī)再進(jìn)行發(fā)電和制冷制熱，發(fā)電電量可繼續(xù)參與電解槽電解，從而形成“兩回環(huán)”結(jié)構(gòu)。采用上述研究框架原則上可提高電源利用率，因此對(duì)于數(shù)據(jù)中心IES調(diào)度優(yōu)化運(yùn)行的研究顯得尤為重要，這將是未來需要進(jìn)一步研究的問題。

4 面向數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行的研究展望

4.1 數(shù)據(jù)中心的能源供給側(cè)不確定性及冷、電負(fù)荷預(yù)測(cè)研究

IES是由冷、熱、電、氣等多種能流相互耦合的復(fù)雜多變系統(tǒng)，能源供給側(cè)的可再生能源(如風(fēng)、光等)出力受天氣、區(qū)域位置等外界條件的影響有很大的間歇性和不確定性；數(shù)據(jù)中心中的冷、電負(fù)荷性質(zhì)受到機(jī)房布局結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計(jì)性質(zhì)、機(jī)房溫度、濕度、照明、建筑材料、通風(fēng)條件、機(jī)器設(shè)備臺(tái)數(shù)、用戶行為等因素的影響，造成數(shù)據(jù)中心負(fù)荷建模及求解的困難。因此，可再生能源出力和負(fù)荷需求的預(yù)測(cè)精度差。不僅如此，數(shù)據(jù)中心負(fù)荷與供給側(cè)能源的出力具有一定相關(guān)性，因此未來在研究數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行過程中，有必要同時(shí)研究可再生能源出力和負(fù)荷需求的不確定性以及數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化特性，以提高數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)精度。

目前對(duì)于風(fēng)電等可再生能源出力的不確定性問題研究通常采用概率潮流和概率最優(yōu)潮流方法及其改進(jìn)方法；同時(shí)通常采用的負(fù)荷預(yù)測(cè)建模方法為宏觀類預(yù)測(cè)方法(如統(tǒng)計(jì)學(xué)方法)或微觀類預(yù)測(cè)方法(如物理-統(tǒng)計(jì)混合模型)[76-77]，但此類方法因影響因素眾多而導(dǎo)致機(jī)理復(fù)雜，無法準(zhǔn)確建立負(fù)荷模型，因此有必要研究新興的深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能方法對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，以在不需要人為干預(yù)的情況下，依據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，從而進(jìn)行有效的負(fù)荷預(yù)測(cè)。

圖6 多能源輸入-多能源耦合-多能源輸出的數(shù)據(jù)中心IES結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of data center IES with multiple energy input, coupling and output

4.2 IES優(yōu)化運(yùn)行中多能源動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建研究

目前對(duì)于IES的建模大多針對(duì)特定元件進(jìn)行穩(wěn)態(tài)研究，而對(duì)包含電、氣、冷、熱等元素的時(shí)間尺度等問題考慮較少，雖然部分學(xué)者已開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，但大都是對(duì)有關(guān)CCHP的系統(tǒng)進(jìn)行研究，而對(duì)于冰蓄冷裝置、熱泵等一些多時(shí)間尺度的耦合型設(shè)備動(dòng)態(tài)特性和優(yōu)化特性等缺乏深入研究，同時(shí)現(xiàn)有的物理模型無法考察含電、氣、冷、熱的多能源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和多時(shí)間尺度特性，導(dǎo)致在進(jìn)行有關(guān)IES的規(guī)劃運(yùn)行等方面遇到眾多難題。因此為提高研究精度，有必要構(gòu)建有關(guān)熱泵、冰蓄冷裝置等耦合設(shè)備的動(dòng)態(tài)模型，并開發(fā)相應(yīng)的仿真工具以推進(jìn)有關(guān)IES研究的發(fā)展。

4.3 采用人工智能方法的數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化調(diào)度策略研究

目前存在的IES優(yōu)化運(yùn)行策略因受可再生能源波動(dòng)、通信延時(shí)等擾動(dòng)問題的影響難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的自動(dòng)調(diào)度運(yùn)行，因此需要研究如何根據(jù)IES中的多能源輸入側(cè)數(shù)據(jù)、多能源耦合模型、數(shù)據(jù)中心冷電負(fù)荷輸出側(cè)數(shù)據(jù)，并利用人工智能方法自動(dòng)生成優(yōu)化運(yùn)行方案，進(jìn)一步提取相應(yīng)知識(shí)和規(guī)則，形成IES優(yōu)化策略庫，以此實(shí)現(xiàn)IES在不同時(shí)段的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)度策略，這將是未來的重要研究方向。

4.4 數(shù)據(jù)中心IES優(yōu)化運(yùn)行效益評(píng)價(jià)方法研究

在運(yùn)用多能源系統(tǒng)調(diào)配控制策略解決數(shù)據(jù)中心的制冷耗電問題時(shí)，如何評(píng)價(jià)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)、投資、能耗效率等效益顯得極其重要，但目前對(duì)于IES的研究還未建立起適用于系統(tǒng)的綜合效益評(píng)估理論體系，同時(shí)一些效益評(píng)價(jià)方法如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、概率分析法、蒙特卡洛模擬法等僅限于理論方面的研究，適用于實(shí)際落地工程的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法均未完全成熟地建立。因此進(jìn)行適合中國(guó)IES發(fā)展的效益評(píng)價(jià)及其研究方法的探索將是值得研究的方向。

5 結(jié) 語

在能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益突出以及我國(guó)數(shù)據(jù)中心規(guī)模日益增大、制冷耗電問題日益嚴(yán)重的背景下，數(shù)據(jù)中心綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境、提高能源利用效率、降低數(shù)據(jù)中心的制冷耗電等意義重大。本文首先介紹了綜合能源系統(tǒng)以及基于數(shù)據(jù)中心的綜合能源系統(tǒng)典型物理框架；進(jìn)而，根據(jù)給定的物理框架，分析了系統(tǒng)中耦合型運(yùn)行設(shè)備的物理建模以及含能源集線器的通用建模和擴(kuò)展建模；然后，對(duì)國(guó)內(nèi)外綜合能源系統(tǒng)及基于數(shù)據(jù)中心的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了綜述、總結(jié)和探討，提出了多能源輸入-多能源耦合-多能源輸出的數(shù)據(jù)中心運(yùn)行方式；最后，本文對(duì)數(shù)據(jù)中心綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了分析，展望了該方向的幾個(gè)潛在可研究?jī)?nèi)容，以期為未來相關(guān)的項(xiàng)目落地、仿真研發(fā)等研究提供參考。