CN116304847B - 一种基于共享机制小生境理念的ups集群分类方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于共享机制小生境理念的UPS集群分类方法，包括如下的步骤：步骤1、按照个体适应度对数据中心UPS集群中个体UPS进行降序排列；步骤2、随机产生初始小生境的个数；步骤3、将UPS集群中前k个UPS个体分别放入不同的小生境中并成为小生境中心，计算所有小生境前k个体的SOC值，并确定其所属的小生境半径区间，两两比较进行调整；步骤4、对于UPS集群中剩下的个体UPS，计算个体UPS的荷电状态（State of Charge,SOC）并确定所属小生境半径区间，然后计算剩余个体UPS与当前所形成的生境中心之间的距离，则合成生境或新小生境；步骤5、通过迭代更新的方式将UPS集群进行分类，直到集群中所有UPS个体都分配完毕。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是一种基于共享机制小生境理念的UPS集群分类方法。
背景技术
数据中心配置一定规模的UPS系统，作为市电故障或异常时的备用电源保证了数据中心持续可靠供电。数据中心存在的大量UPS在应用中存在UPS冗余投资，且UPS系统状态及老化程度不一，其利用率极低。所以如何实现数据中心UPS集群控制及提高UPS的利用率，是亟待解决的问题。
目前未有人对数据中心众多UPS进行集群分类控制，小生境技术在众多算法改进中发挥重要作用，例如基于小生境技术的粒子群优化算法、基于小生境技术的遗传算法等。这些算法的改进主要通过小生境技术将种群按照其不同特征、不同数目等信息进行合理有效分类，形成多个具有不同特征的小生境。从而进一步提升了种群的多样性，解决了算法中易局部收敛的问题。基于小生境技术特点，将其理念引入数据中心UPS集群分类控制中，解决数据中心UPS集群分类问题，提高UPS利用率和经济性。
小生境技术在一种特定环境下的一种结构。在大自然中把具有类似特征、形状、生活习惯和习性的物种聚集在一起，小生境技术就是将每一代个体划分为若干类，各类选出若干适应度较大的个体作为一个类的优秀代表组成一个群体，模拟自然界生物的物以类聚现象。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于共享机制小生境理念的数据中心UPS集群分类方法，并提出一种UPS集群参与多场景电力辅助服务的协同控制策略，实现数据中心UPS集群控制，并盘活数据中心UPS，很大程度地提高了数据中心UPS系统的利用率和经济性。
本发明的技术方案为：一种基于共享机制小生境理念的UPS集群分类方法，包括如下的步骤：
步骤1、按照个体适应度对数据中心UPS集群中个体UPS进行降序排列；
步骤2、随机初始产生[1，N]之间的随机整数k，即初始小生境的个数，N为整数；
步骤3、将UPS集群中前k个UPS个体分别放入不同的小生境中并成为小生境中心，计算所有小生境前k个体的SOC值，并确定其所属的小生境半径区间；然后两两比较小生境中心距离，确保两小生境中心的距离与之前计算的个体SOC值属于同一小生境范围内，否则生成新的小生境；
步骤4、对于UPS集群中剩下的个体UPS，计算个体UPS的SOC并确定所属小生境半径区间，然后计算剩余个体UPS与当前所形成的生境中心之间的距离，若计算出的距离与个体UPS的SOC所属的小生境半径区间里，则合成生境；否则生成新的生境并且该个体UPS成为小生境的中心；
步骤5、通过迭代更新的方式将UPS集群进行分类，直到集群中所有UPS个体都分配完毕。
本发明的有益效果为：
针对数据中心UPS集群控制及参与多场景电力辅助服务等问题，提出一种基于共享机制的小生境理念的UPS集群分类算法及UPS参与多场景电力辅助服务的协调控制策略。主要将UPS集群按其不同特征进行聚合分类，并结合所提的协调控制策略，实现对数据中心UPS集群控制以及UPS集群参与多场景电力辅助服务的协调控制等。在保证了数据中心供电可靠性的同时，提高了数据中心UPS集群运行的可用率和经济性。
附图说明
图1 数据中心UPS集群控制框架图；
图2 数据中心UPS集群参与多场景电力辅助服务的协调控制策略。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的目的是在于提出一种基于共享机制小生境理念的UPS集群分类算法及参与多场景电力辅助服务的策略，如图1所示是数据中心UPS集群控制框架，主要包括UPS单元层，聚合层和调度控制层。基于所提出的分类算法得到UPS单元群，每个单元群设有一个单元控制器。单元层的控制器实时采集UPS个体的运行状态等信息上报给聚合层的控制器，聚合层控制器依据上报的信息，通过计算分析等手段可确定单元层UPS的响应级别等信息，再结合调度控制层制定的参与多场景电力辅助服务的策略确定相应调度计划等。
Goldberg等人在1987年提出了基于共享机制的小生境技术的实现方法，并有专家对其进行了改进。其主要思路是利用群体中个体的共享适应度来重新调整群体的适应度，以此来达到在相似个体中形成小生境进化环境，同时也可以在整体进化中慢慢抑制相似个体的繁殖数量，能保持种群多样性。其中共享函数是表征群体中两两个体之间密切关系程度的一个函数。
本发明提出的基于共享机制小生境理念的UPS集群分类算法主要应用于单元层UPS系统，实现数据中心UPS的聚合分类。其实现的基本思想是：将UPS个体适应度看做同一小生境环境中相似个体群体的共享资源进行分享，通过计算个体共享度来调整原始适应度，产生个体共享适应度，参与算法运算。个体i共享适应度的计算方法如下：
，
其中，为个体i的适应度值，/>表示个体i在种群中的共享度，j表示种群N中的其他个体，SOC表示荷电状态其中SOC可根据安时积分法求得。本发明中将根据UPS个体的调用成本作为适应度值，参考储能系统的调用成本，UPS系统的调用成本的调用成本主要考虑从电池的充放电损耗和UPS系统的老化损耗两方面来考虑。UPS系统的调用成本模型如下：
，
其中，表示UPS系统充电功率损耗，/>表示UPS系统放电功率损耗，/>表示UPS系统老化损耗成本。具体公式如下：
储能系统的充电功率损耗为：
，
式中，a表示电网电价，a可采用分时电价；表示UPS系统的充电功率，/>为UPS系统充电效率。
放电功率损耗为：
，
式中，表示UPS系统的放电电功率，/>为UPS系统放电效率。
UPS系统的老化损耗成本为：
，
式中，表示n周期开始时的放电深度，/>表示UPS系统的充放电功率，为控制周期，可为1小时；/>表示第i个UPS系统的容量，/>表示UPS系特征常数，可参考储能特征常数，设置为1.1-2.1。/>表示UPS系统100%放电深度下的充放电循环次数，可等同于系统内部储能系统100%放电深度下的充放电循环次数。/>为UPS系统购置的成本。
本算法中的共享函数（Sharing Function）是表示系统中UPS个体之间密切关系程度的函数，本发明中将UPS系统中的储能SOC作为表征两个UPS个体间密切关系程度。把数据中心具有类似SOC的UPS系统分类聚合，为后续UPS集群控制提供方便。其共享函数为：
，
，
其中，通常为1；/>是控制小生境范围大小的参数，可称为小生境半径。/>表示两个生境的距离，在此采用平均距离。本发明中将/>根据/>值的大小分为UPS过充限制区域，过充预警区域，正常工作区域，过放预警区域和过放限制区域。具体情况如表1：
表1 小生境半径分类
，
其中，为上限SOC值，/>为越上限预警SOC值，/>越下限预警SOC值，为下限SOC值。
通过小生境半径确定以后，就可将其共享函数具体化。综上基于共享机制小生境理念的UPS集群分类算法的步骤：
步骤1按照个体适应度对数据中心UPS集群中个体UPS进行降序排列。
步骤2随机初始产生[1，N]之间的随机整数k，也就是初始小生境的个数，N为整数；
步骤3将UPS集群中前k个UPS个体分别放入不同的小生境中并成为小生境中心，计算所有小生境前k个体的SOC值，并确定其所属的小生境半径区间；然后两两比较小生境中心距离，确保两小生境中心的距离与之前计算的个体SOC值属于同一小生境范围内，否则生成新的小生境。
步骤4对于UPS集群中剩下的个体UPS，计算个体UPS的SOC并确定所属小生境半径区间，然后计算剩余个体UPS与当前所形成的生境中心之间的距离，若计算出的距离与个体UPS的SOC所属的小生境半径区间里，则合成生境。否则生成新的生境并且该个体UPS成为小生境的中心。
步骤5通过迭代更新的方式将UPS集群进行分类，直到集群中所有UPS个体都分配完毕。
本发明另一方面提出一种数据中心UPS参与多场景电力辅助服务的策略。数据中心UPS参与电力辅助服务的场景主要有：调频、调压、调峰、备电和黑启动。UPS集群参与多场景电力辅助服务的协调控制策略如图2所示。UPS参与多场景电力辅助服务的协调控制策略：具体过程如下：
确定数据中心UPS集群可参与电力辅助服务的容量；
确定数据中心UPS集群参与多场景电力辅助服务的类型；
UPS集群的容量足够大时，可同时参与调频、调压、调峰、备用和黑启动等多场景电力辅助服务。当UPS集群容量有限，不能同时满足调频、调压、调峰、备用和黑启动等场景电力辅助服务应用时，本发明提出UPS集群参与多场景电力辅助服务协调控制策略，实现多场景电力辅助服务协调应用的目的。
因数据中心负荷较为重要，不可断电。所以将UPS备电和黑启动作为第一优先级。当调度控制层下发指令到UPS集群控制系统需要UPS参与备电和黑启动场景电力辅助服务时，优先作为备用电源和黑启动电源给数据中心提供可靠电能，保证数据中心安全可靠供电。
UPS调峰作为对负荷进行削峰填谷的手段是为了在全网范围内降低机组计划出力的峰谷差，提高机组运行的经济性。作为目前最为经济的应用场景，本发明提出的多场景协调控制策略将调峰的优先级高于UPS参与调频和的优先级。
综上，本发明设定UPS参与调频、调压的场景定位是利用UPS自适应消纳力所能及的频率和电压扰动，减少出力机组和调压设备的动作频率；UPS参与调频和调压的优先级确立主要从两个方面考虑，一方面考虑调频调压需求的严重程度，另一方面根据调频调压场景的经验进行判断，当数据中心同时出现有功和无功不足时，应最先考虑有功平衡，因为频率调节会对电压产生一定影响，频率增大能小幅度降低无功功率的缺额，此时调频就会对调压场景提供一定的帮助。如先考虑调压，电压的增大就会进一步扩大有功的缺额，会导致频率下降，并不能有效改善系统的运行。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (2)
1.一种基于共享机制小生境理念的UPS集群分类方法，其特征在于，包括如下的步骤：
步骤1、按照个体适应度对数据中心UPS集群中个体UPS进行降序排列；
步骤2、随机初始产生[1，N]之间的随机整数k，即初始小生境的个数，N为整数；
步骤3、将UPS集群中前k个UPS个体分别放入不同的小生境中并成为小生境中心，计算所有小生境前k个体的SOC值，并确定其所属的小生境半径区间；然后两两比较小生境中心距离，确保两小生境中心的距离与之前计算的个体SOC值属于同一小生境范围内，否则生成新的小生境；具体的，将UPS系统中的储能SOC作为表征两个UPS个体间密切关系程度，把数据中心具有类似SOC的UPS系统分类聚合，为后续UPS集群控制提供方便，其共享函数为：
，
，
其中，为1；/>是控制小生境范围大小的参数，称为小生境半径，/>表示两个生境的距离；
步骤4、对于UPS集群中剩下的个体UPS，计算个体UPS的SOC并确定所属小生境半径区间，然后计算剩余个体UPS与当前所形成的生境中心之间的距离，若计算出的距离与个体UPS的SOC所属的小生境半径区间里，则合成生境；否则生成新的生境并且该个体UPS成为小生境的中心；
步骤5、通过迭代更新的方式将UPS集群进行分类，直到集群中所有UPS个体都分配完毕；
利用分类后的UPS参与多场景电力辅助服务的协调控制，协调控制策略包括：
确定数据中心UPS集群可参与电力辅助服务的容量；
确定数据中心UPS集群参与多场景电力辅助服务的类型；
UPS集群的容量大于阈值时，同时参与调频、调压、调峰、备用和黑启动多场景电力辅助服务；当UPS集群容量有限，小于阈值时，将UPS备电和黑启动作为第一优先级，当调度控制层下发指令到UPS集群控制系统需要UPS参与备电和黑启动场景电力辅助服务时，优先作为备用电源和黑启动电源给数据中心提供可靠电能，保证数据中心安全可靠供电；
考虑系统运行经济性，调峰优先级高于调频调压优先级；
考虑调频调压需求紧急性和根据经验，设置调频优先级高于调压优先级；
实现数据中心UPS集群参与多场景电力辅助服务协同控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于共享机制小生境理念的UPS集群分类方法，其特征在于，
数据中心UPS参与电力辅助服务的场景主要包括调频、调压、调峰、备电和黑启动。
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| GR01 | Patent grant | ||
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