智慧電網技術在雲計算資料中心的應用

智慧電網是當今世界能源產業發展變革的最新動向，體現了社會的進步，代表著電網未來發展的方向。 普遍認為，未來的電網應該具備高效、清潔、安全、可靠、交互等特徵。 智慧電網應該「更堅強，更智慧」。


　　根據各國對智慧電網的研究與總結，智慧電網應該具備以下幾個方面的特性：需要具有自愈能力、具有高可靠性、資產優化管理、經濟高效、與方便使用互動、相容大量分散式電源的接入。


　　智慧電網作為未來電網發展的願景，其自身必然對技術的發展具有指導和引領作用，其技術涉及到電力系統的發、輸、變、配、用電等方面。


　　針對雲計算資料機房的規劃設計，與其相關的主要應該是配電和用電兩個方面。 是否可以將智慧電網的配電和用電技術用於雲計算資料機房的規劃設計中，實現更優化的雲計算資料中心機房呢?


　　一、 智慧電網新型配電技術的應用


　　未來的配電技術必須具有如下特點：網路快速自愈、抗擾動能力強、提供優質電力、與使用者互動等。 這些智慧電網配電技術都會促進雲計算資料機房的供電系統更加安全可靠。


　　1、同步開斷技術


　　雲計算資料中心機房中，由於電力需求量大，常涉及到高壓供電。 目前的高壓開關大都是機械開關，開斷時間長、分散性大。 這種慢過程的機械開斷容易引起操作過電壓，加速設備老化或者直接損害設備。 同步開斷，又稱智慧開關，是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。 採用電子開關取代機械開關，在理論上應用同步開斷技術可完全避免電力系統的操作過電壓。 這樣，由操作過電壓決定的電力設備絕緣水準可大幅度降低，由於操作引起設備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少。


　　2、故障電流限制技術


由於雲計算資料中心的規模，資料中心的用電電流是很大的，短路電流也呈日益增大的趨勢，如果不採取有效的抑制短路電流的措施，一旦發生短路故障，開關及使用者設備將是無法承受的。 隨著電力電子技術、超導技術等的發展，限制短路電流已成為可能，這就依賴于故障電流限制器(FaultCurrentLimiter,FCL)的研製和開發。 國外對超導FCL和電力電子FLC研究較多，這可以在雲計算資料中心中借鑒和應用。


　　3、主動配電網技術


　　未來「主動配電網」可能採取類似英特網的形式，即分散式決策和雙向潮流。 在遍佈全系統的所有節點上都將有控制設備。 主動配電網的功能是將電源和使用者需求有效連接起來，允許雙方共同決定如何最好地即時運行。 要達到這一要求，控制水準要遠高於目前配電網的水準。 這包括潮流評估、有競爭力的電壓控制和保護技術，以及比目前配電網擁有更多的感應器和自動裝置的新型通信控制系統等，實現雲計算資料中心供電系統的主動預警，負載均衡和三相平衡等。


　　智慧電網是當今世界能源產業發展變革的最新動向，體現了社會的進步，代表著電網未來發展的方向。 普遍認為，未來的電網應該具備高效、清潔、安全、可靠、交互等特徵。 智慧電網應該「更堅強，更智慧」。


　　根據各國對智慧電網的研究與總結，智慧電網應該具備以下幾個方面的特性：需要具有自愈能力、具有高可靠性、資產優化管理、經濟高效、與方便使用互動、相容大量分散式電源的接入。


　　智慧電網作為未來電網發展的願景，其自身必然對技術的發展具有指導和引領作用，其技術涉及到電力系統的發、輸、變、配、用電等方面。


　　針對雲計算資料機房的規劃設計，與其相關的主要應該是配電和用電兩個方面。 是否可以將智慧電網的配電和用電技術用於雲計算資料機房的規劃設計中，實現更優化的雲計算資料中心機房呢?


　　一、 智慧電網新型配電技術的應用


　　未來的配電技術必須具有如下特點：網路快速自愈、抗擾動能力強、提供優質電力、與使用者互動等。 這些智慧電網配電技術都會促進雲計算資料機房的供電系統更加安全可靠。


1、同步開斷技術


　　雲計算資料中心機房中，由於電力需求量大，常涉及到高壓供電。 目前的高壓開關大都是機械開關，開斷時間長、分散性大。 這種慢過程的機械開斷容易引起操作過電壓，加速設備老化或者直接損害設備。 同步開斷，又稱智慧開關，是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。 採用電子開關取代機械開關，在理論上應用同步開斷技術可完全避免電力系統的操作過電壓。 這樣，由操作過電壓決定的電力設備絕緣水準可大幅度降低，由於操作引起設備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少。


　　2、故障電流限制技術


　　由於雲計算資料中心的規模，資料中心的用電電流是很大的，短路電流也呈日益增大的趨勢，如果不採取有效的抑制短路電流的措施，一旦發生短路故障，開關及使用者設備將是無法承受的。 隨著電力電子技術、超導技術等的發展，限制短路電流已成為可能，這就依賴于故障電流限制器(FaultCurrentLimiter,FCL)的研製和開發。 國外對超導FCL和電力電子FLC研究較多，這可以在雲計算資料中心中借鑒和應用。


　　3、主動配電網技術


　　未來「主動配電網」可能採取類似英特網的形式，即分散式決策和雙向潮流。 在遍佈全系統的所有節點上都將有控制設備。 主動配電網的功能是將電源和使用者需求有效連接起來，允許雙方共同決定如何最好地即時運行。 要達到這一要求，控制水準要遠高於目前配電網的水準。 這包括潮流評估、有競爭力的電壓控制和保護技術，以及比目前配電網擁有更多的感應器和自動裝置的新型通信控制系統等，實現雲計算資料中心供電系統的主動預警，負載均衡和三相平衡等。


　　4、儲能技術


　　儲能技術已被視為電網運行過程中的重要組成部分。 系統中引入儲能環節後，可以有效地實現需求側管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負荷，不僅可以更有效地利用電力設備，降低供電成本，也可作為提高系統運行穩定性、調整頻率、補償負荷波動的一種手段。


儲能技術可用於雲計算資料中心的應急供電狀況，以及充分利用當地的峰谷電價差。 現有的電能存儲方式主要可分為機械儲能、化學儲能、電磁儲能和相變儲能等。 超導儲能由於超導體電流大，能量密度高，存取快速，可作為理想的電磁能儲藏器，超導材料臨界溫度低一直是超導儲能應用的限制因素，目前直接冷卻超導儲能(HTc-SMES)的研究受到了美日等國的高度重視， 但絕大部分超導儲能裝置為低溫超導儲能系統。


　　二、 智慧電網新型用電技術的應用


　　在智慧電網的框架下，需要新型用電技術提高電力需求彈性，提升電力需求側管理的智慧化水準，説明電力使用者與智慧電網進行互動，實現雲計算資料中心更加方便、高效、經濟、環保的管理用電。


　　1、先進感應器技術


　　未來的資料中心感應器將更加智慧化，功能將逐步融合。 風、火、水、電、氣、溫度、濕度、煙霧、二氧化碳等都是感應器的採集物件。 感應器不僅可以分析和提取資料中心環境的特徵資料，而且可以和特定的資料管理分析系統進行資訊交互，可以對資料中心的日常資料、整體效能和環境指數提供整體分析和科學評估。


　　2、先進用電監控技術


　　用電監控技術分為兩個層面：用電監測技術和用電控制技術。 新型用電監測技術對使用者的電力消費資訊進行動態的准即時監測，説明使用者瞭解自身的詳細用電資訊，以指導使用者優化系統的用電行為。 新型用電控制技術在資訊獲取的基礎上，結合使用者的用電需要，對整個資料中心用電系統進行自動控制，實現電能更合理的分配。


　　三、小結


　　智慧電網發展方向已不僅僅是本行業、本領域的需求反應，更是各行各業共同作用的結果，智慧電網的發展取決於其中各個環節的關鍵前沿技術的突破和應用，也必然會推動相關技術的發展和推廣。


　　供電系統是雲計算資料中心機房的關鍵系統之一，屬於資料機房易於發生「短板」的系統。 上述只能電網技術在雲計算資料中心機房的恰當應用，可有效推進供電系統往「長板」方向發展。


(本文轉自電子工程世界：HTTP://www.eeworld.com.cn/dygl/2012/0314/article_10846.html)

(責任編輯：蒙遺善)