鉴于数据中心巨大的动力消耗与储能容量，电网对其供给动力灵活性服务的爱好日积月累。但是在广泛应用之前，有两个没有得到充沛处理的要害问题亟待厘清：此类参与形式对数据中心运转牢靠性和经济性的详细影响，以及储能体系可被运用的临界容量。本研讨据此构建了一套体系性点评办法，用于量化数据中心电池储能体系在牢靠性与经济性层面的综合影响。本研讨首次考虑牢靠性规范与体系规划规范之间的差异，针对不同层级数据中心供给典型电网服务的景象展开综合影响点评，使数据中心牢靠性点评在工程实践中更具实践意义。选用蒙特卡洛模仿确认数据中心随机电池备用时刻，并树立收益模型量化数据中心参与四种典型动力灵活性服务的经济效益。选定香港某数据中心展开影响点评。研讨发现，选用根据体系的规划规范构建备份体系的数据中心，在满意牢靠性规范的同时，可有用供给动力灵活性服务。其经济效益极为明显——例如每日收益可达每千伏安负载0.58美元，该数值明显受服务类型、电网牢靠性及数据中心等级影响。
引言
突发停电事情对根底设备造成严重影响，然后增加设备的危险与脆弱性。随着停电频率持续上升且持续时刻不断延长，城市学者、政府官员及地区利益相关者益发警觉——这不仅加剧了修建危险，更带来严重的运营、经济等多方面影响，已引发高度重视。在各类修建中，数据中心（DCs）因其严厉的停电时长要求，对供电牢靠性构成明显挑战。当时众多企业日益重视数据中心的运转停电时长，以避免高昂的停机成本（如2016年每分钟高达9,000美元[1]）及要害服务中止。为缩短停电持续时刻，数据中心一般选用高牢靠性规划。Turner等如表1所示[2][3][4]，研讨根据牢靠性将数据中心划分为四个等级。另一方面，数据中心的能耗问题正日益成为电力行业重视的焦点。详细而言，数据中心消耗全球1.3%的电力[5]，这一数据凸显了数据中心电池储能体系的经济影响。电池储能所获经济效益对数据中心牢靠性的影响程度，以及电池储能的开发运用鸿沟，已成为亟待处理的技能难题。
一般情况下，数据中心直接由电网供电。但是，当电网发生停电时，数据中心需求依靠备用体系进行供电，以保证其正常运转。由于数据中心无法接受长期停电，例如最高级其他Tier Ⅳ数据中心每年仅能忍受最多0.8小时的停机时刻。因而，相关法规和规范对其供电体系提出了极高的牢靠性要求。这需求选用不间断电源（UPS）体系与柴油发电机（DGs）相结合的备用体系来保证数据中心供电[6]。图1展现了数据中心供电体系的示意图。考虑到数据中心对停电时长的严厉要求，柴油发电机需具有供给长达72小时备用电源的才干[1]。但是，将柴油发电机（DGs）作为备用电源存在以下局限性：1) DGs相同存在必定的毛病概率，当其停止工作时，需选用不间断电源（UPS）体系为数据中心供电；2) Celestine等学者指出，将DGs作为备用电源会导致污染物排放，这将限制其大规模和长期运用[6]。此外，美国于2005年公布了《柴油机排放减少法案》（DERA）以下降柴油机排放[7][8]。
考虑到上述环境要素，其他不间断电源体系正受到越来越多的重视，包含电池储能体系（BESSs）。在评论将BESSs作为数据中心备用电源时，必须提及电池容量分配问题。Wang等人提出电池容量可服务于两层意图：部分容量可作为数据中心的备用储藏，而除为最小化电池寿数衰减所预留能量外的剩下容量，可用于供给动力灵活性服务[9]。事实上，电池备用时刻与数据中心电力牢靠性存在实质相关。一般而言，数据中心的电池备用时刻因电网等级和Tier等级而异，但遍及平均值约为15分钟[10][11][12]。但是，依靠电池备用时刻的体系化规划规范与表1所述的根据牢靠性的规范之间存在明显不一致。多样化的数据中心Tier等级和电网条件表明，"一刀切"的电池备用时刻计划并不充沛。综上所述，有必要针对不同电网等级和Tier等级重新定义电池备用时刻，以保证数据中心的牢靠性。
为确认数据中心蓄电池的详细备用时刻，需选用当时成熟的牢靠性点评办法。Saleem等人提出了一种根据传统蒙特卡洛模仿的对比办法用于电力体系牢靠性核算[13]。Zakharov团队阐释了如何运用NEPLAN点评数据中心供电体系的牢靠性[14]。Dong研讨小组则提出选用自监督学习完成电力体系牢靠性的快速点评办法[15]。研讨表明，该新办法明显提高了牢靠性点评的效率与准确性。上述研讨均触及电力体系牢靠性点评范畴，其中部分提出的办法具有明显参考价值。针对储能体系详细牢靠性点评方面，现有研讨亦存在大量可资借鉴的效果。例如，Ayesha等学者综述了电池储能体系（BESSs）与其他电网灵活性计划结合时的牢靠性点评办法[16]。针对每种组合计划，本研讨团队提出了一套点评牢靠性的办法论结构。Othman等人选用马尔可夫链办法对装备电池储能体系（BESSs）的电力体系牢靠性进行了点评[17]。研讨结果表明，与根底办法相比，所提出的新办法能够准确核算电力体系的不行费用与毛病率，然后供给更准确的牢靠性剖析结果。
上述研讨首要聚集于电力体系或电池储能的牢靠性点评，未触及电池容量规划问题。为填补这一研讨空白，Li等人提出了一种考虑体系牢靠性要素的分布式电源后备电池体系先进规划办法[18]。该研讨未充沛评论包含数据中心在内的特定修建类型。鉴于数据中心承担着数据存储、管理和处理等要害职能，其牢靠性尤为重要，需求独自评论。Cheung和Wang量化了不同冷却体系装备如何提高数据中心的牢靠性与可用性[2]。研讨结果表明，安装冗余制冷机组或装备备用冷源的冗余制冷体系，对满意高等级数据中心的牢靠性要求至关重要。表2总结了常用的牢靠性点评办法及相应目标。但是，目前鲜有研讨重视电网和备用柴油发电机中止期间考虑UPS辅佐供电的数据中心牢靠性点评。此外，关于需求预留多少准确的电池容量才干满意数据中心牢靠性要求的问题，研讨者们没有展开评论。因而，针对不同等级数据中心在不同电网环境下考虑UPS体系的供电牢靠性点评成为本研讨重点。更进一步，我们根据电网中止概率和持续时刻，量化了数据中心用于电力备份的根底电池储藏容量——此类容量无法参与动力灵活性服务。
为保证数据中心电力供应的牢靠性，其备用电源的实践容量一般被设定在某一阈值之上，以避免电池过度充放电，然后避免电池功能阑珊。超出需预留容量之外的剩下容量被称为可用能量[9]。这些可用能量可用于向电网供给多种能量灵活性服务，包含频率调理、削峰填谷、能量套利、旋转备用等[19][20][21][22][23][24][25][26]。能量套利是一种经过贱价购入动力并在价格高位时售出以完成经济效益的技能[22]。削峰服务旨在下降馈入电网的最大功率，而填谷服务则致力于提高最低功率[23]。动力储藏是应对可再生动力预测不确认性及柴油发电机毛病所导致功率失衡的重要手段[24]。调频服务经过供给调频储藏来保证供电频率的稳定性[25]。考虑到剩下可用动力所供给的能量灵活性服务，众多研讨者已对操控与调度计划进行了深入研讨，以完成收益最大化[27][28][29]。Yu等人提出树立复合备用形式，以完成毛病康复过程中初期毛病紧迫备用与频率调理备用的协同整合[19]。在探讨运用储能体系（ESS）供给能量灵活性服务时，Smita等人根据ESS聚合器模型提出了能量灵活性服务优化交易战略[30]。部分研讨还聚集于混合储能体系的优化操控，以供给能量灵活性服务[31][32][33][34]。另有少量研讨重视考虑电池退化的混合动力体系中电池储能体系（BESS）容量装备与调度优化问题[35][36][37]。这些研讨为后续优化电池容量装备及混合动力体系供给灵活性服务的全生命周期经济点评供给了宝贵指导。针对运用电池储能为数据中心供给动力灵活性服务的研讨范畴，已有学者探讨了数据中心电池储能体系的灵活性与调度战略[38][39]。Taghizad-Tavana等人提出了一种根据电池储能的配电网结构，经过在非顶峰时段充电、顶峰时段放电的运转战略完成电能调理[38]。Lu等人树立了一种柔性运转模型以下降总成本并提高灵活性[39]。%%这些研讨仅聚集于运用电池储能体系供给单一能量灵活性服务（首要经过电价差异完成套利）以及多储能体系间的调度。表3总结了现有关于运用多种灵活性资源供给能量灵活性服务的研讨。%%这些研讨未考虑在保证数据中心不同电网条件下牢靠运转所需的电池容量之外，电池实践可用容量（即本研讨中后续定义的剩下能量）的影响。%%根据对前人研讨的总结，鲜有学者提出根据数据中心牢靠性的电池储能体系能量灵活性服务收益点评办法。
整体而言，需求处理三个核心问题。首要，运用数据中心备用电池供给电网服务的可行性仍存疑问。其次，需验证满意数据中心牢靠性要求的备用时刻是否会因层级规范和电网牢靠性需求而受影响。特别是需求定量点评上述各种工况下的电池备用时长。最终，供给不同能量灵活性服务的经济可行性仍有待论证。
因而，本文点评了运用电池储能供给不同能量灵活性服务的牢靠性和经济影响，同时考虑了不同等级数据中心在多样化电网条件下的牢靠性需求。本研讨的首要创新在于提出了一种综合点评办法，用于剖析数据中心运用电池储能供给能量灵活性服务时的牢靠性与成本效益，该办法充沛考虑了多样化电网和电力市场场景的布景。本研讨的首要原创贡献与价值产出包含：
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提出一种考虑备用电池储能为不同等级数据中心供给后备电源的办法，该办法充沛考量了电网的多样化牢靠性水平；
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经过蒙特卡洛模仿量化不同电网中数据中心后备供电所需的最小电池备用容量；
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为定量点评电池储能体系可用于供给能量灵活性服务的剩下能量，需综合考虑不同电网与电力市场环境；
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点评运用电池储能在日前电力市场中供给多性向动力灵活性服务的经济效益，研讨不同电网条件下的表现。
