一种AIDC数据中心多源协调控制系统及方法与流程

本发明属于供电控制，具体涉及一种aidc数据中心多源协调控制系统及方法。

背景技术：

1、随着人工智能、大规模模型训练及高性能计算技术的快速发展，人工智能数据中心（artificial intelligence data center，aidc）逐渐成为支撑人工智能计算任务的重要基础设施。与传统数据中心相比，aidc数据中心通常配置大量gpu服务器、高性能计算节点以及高速数据交换设备，其计算任务具有并行度高、资源占用变化快以及功耗波动明显等特点。在模型训练、推理任务调度以及计算资源动态分配过程中，gpu集群负载会随着任务状态变化产生快速变化，使数据中心整体用电负载呈现较强的时变特性和不确定性。

2、为提高供电可靠性并降低能源消耗，aidc数据中心通常采用多源供电架构，包括市电供电单元、燃气轮机供电单元、储能系统以及光伏发电单元等，通过多种能源形式共同满足数据中心持续运行需求。其中，储能系统具备响应速度快、调节精度高的特点，适用于抑制短时间尺度内的功率波动；燃气轮机具有持续供电能力，可承担较长时间尺度的基础负荷；市电供电单元能够提供稳定的外部能源输入；光伏发电单元能够利用可再生能源降低整体能源消耗。因此，通过对不同供电单元进行协调控制，使不同能源单元根据自身响应特性承担相应功率需求，是提升aidc数据中心供电稳定性和能源利用效率的重要技术方向。

3、现有关于aidc的供电控制方法主要依赖实时负载变化进行被动调节，缺少对gpu计算任务状态及多源运行数据的综合分析，难以准确预测负载变化趋势，未对负载功率进行高低频分解，导致储能系统与燃气轮机、市电及光伏单元之间缺少针对性的协调控制，容易造成储能频繁充放电或供电响应滞后，缺少储能状态恢复调节机制以及控制指令执行前的安全校验过程，难以及时避免母线电压、频率及设备运行状态异常，影响aidc数据中心供电系统的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种aidc数据中心多源协调控制系统及方法，能够通过对aidc数据中心负载变化进行预测、分解及多源协调控制，实现储能快速调节与多能源稳定供电，提高供电系统响应速度、运行安全性及能源利用效率。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、一种aidc数据中心多源协调控制方法，包括：

4、获取aidc数据中心的多源运行状态数据，并根据多源运行状态数据获取负载变化趋势信息；

5、基于负载变化趋势信息，对aidc数据中心的负载功率进行时域分解，得到高频波动分量及低频基荷分量；

6、根据高频波动分量生成储能快速调节控制量，并控制储能系统对高频波动分量进行补偿，根据低频基荷分量生成多源协调控制量，并控制燃气轮机、市电供电单元及光伏发电单元共同承担低频基荷分量；

7、获取储能系统的当前荷电状态信息，将当前荷电状态信息与预设荷电状态参考值进行比较，得到储能状态偏差，并根据储能状态偏差对燃气轮机的基础输出功率进行动态修正，调节燃气轮机输出功率并使储能系统恢复至目标运行状态；

8、基于储能快速调节控制量及多源协调控制量，生成多源协调控制指令，并将多源协调控制指令输入至数字孪生模型中进行安全校验；

9、根据安全校验结果执行多源协调控制指令，当安全校验结果满足预设安全条件时，将多源协调控制指令发送至对应供电设备执行，当安全校验结果不满足预设安全条件时，阻止多源协调控制指令执行，并根据预设安全控制策略生成替代控制指令。

10、在一种优选方案中，获取aidc数据中心的多源运行状态数据，并根据多源运行状态数据获取负载变化趋势信息，包括：

11、获取aidc数据中心的多源运行状态数据，其中，多源运行状态数据包括gpu负载功率数据、燃气轮机运行状态数据、储能运行状态数据、市电交换功率数据、光伏发电数据及供电母线运行数据

12、将gpu负载功率数据按照服务器节点进行划分，获取多个gpu服务器对应的功耗变化数据；

13、根据每个gpu服务器对应的计算任务类型、任务执行阶段、gpu利用率及显存占用状态，生成gpu负载特征数据；

14、根据燃气轮机运行状态数据、储能运行状态数据、市电交换功率数据及光伏发电数据，确定当前供电系统可调节功率范围；

15、根据gpu负载特征数据及当前供电系统可调节功率范围，对未来预设时间窗口内的负载功率变化趋势进行预测，得到负载变化趋势信息。

16、在一种优选方案中，基于负载变化趋势信息，对aidc数据中心的负载功率进行时域分解，得到高频波动分量及低频基荷分量，包括：

17、根据负载变化趋势信息获取预设时间窗口内的负载功率变化序列，并确定负载功率变化序列中的功率变化幅值以及变化速率；

18、采用低通滤波方式对负载功率变化序列进行处理，得到低频基荷分量；

19、将负载功率变化序列与低频基荷分量进行差值计算，得到高频波动分量。

20、在一种优选方案中，根据高频波动分量生成储能快速调节控制量，并控制储能系统对高频波动分量进行补偿，根据低频基荷分量生成多源协调控制量，并控制燃气轮机、市电供电单元及光伏发电单元共同承担低频基荷分量，包括：

21、获取高频波动分量的变化幅值、变化速率，并结合储能系统当前运行状态，生成储能快速调节控制量；

22、将储能快速调节控制量发送至储能变流器，控制储能系统进行充放电调节，使储能系统输出功率变化量抵消高频波动分量对应的负载功率变化；

23、根据低频基荷分量、燃气轮机运行状态、市电交换功率状态及光伏发电状态，生成多源协调控制量；

24、基于多源协调控制量，对燃气轮机输出功率、市电供电功率及光伏发电消纳功率进行协调调整，使燃气轮机、市电供电单元及光伏发电单元共同满足低频基荷分量对应的持续供电需求。

25、在一种优选方案中，获取储能系统的当前荷电状态信息，将当前荷电状态信息与预设荷电状态参考值进行比较，得到储能状态偏差，并根据储能状态偏差对燃气轮机的基础输出功率进行动态修正，调节燃气轮机输出功率并使储能系统恢复至目标运行状态，包括：

26、获取储能系统的当前荷电状态信息，并将当前荷电状态信息与预设荷电状态参考值进行比较，确定储能状态偏差；

27、根据储能状态偏差确定燃气轮机基础输出功率的修正量，并基于修正量对燃气轮机基础输出功率进行动态调整，生成燃气轮机目标输出功率；

28、根据燃气轮机目标输出功率调整燃气轮机的输出功率；

29、获取燃气轮机输出功率调整后的储能系统荷电状态变化信息，并更新燃气轮机输出功率修正量，使储能系统的荷电状态逐步恢复至预设目标运行状态。

30、在一种优选方案中，基于储能快速调节控制量及多源协调控制量，生成多源协调控制指令，并将多源协调控制指令输入至数字孪生模型中进行安全校验，包括：

31、根据储能快速调节控制量及多源协调控制量，生成多源协调控制指令，其中，多源协调控制指令包括储能系统功率调节指令、燃气轮机输出功率调节指令、市电交换功率调节指令以及光伏发电调节指令；

32、获取实际供电系统的实时运行数据，并基于实时运行数据对数字孪生模型中的设备状态参数进行更新；

33、将多源协调控制指令输入至更新后的数字孪生模型中，对控制指令执行后的供电系统运行状态进行仿真，得到对应的状态预测结果；

34、根据状态预测结果判断供电系统的母线电压、母线频率、储能荷电状态及燃气轮机运行状态进行安全校验，得到安全校验结果。

35、在一种优选方案中，安全校验包括母线电压约束、母线频率约束、储能荷电状态安全边界约束和燃气轮机安全运行边界约束。

36、在一种优选方案中，根据安全校验结果执行多源协调控制指令，当安全校验结果满足预设安全条件时，将多源协调控制指令发送至对应供电设备执行，当安全校验结果不满足预设安全条件时，阻止多源协调控制指令执行，并根据预设安全控制策略生成替代控制指令，包括：

37、判断安全校验结果是否满足预设安全条件；

38、当安全校验结果满足预设安全条件时，将多源协调控制指令发送至对应供电设备，控制储能系统、燃气轮机、市电供电单元及光伏发电单元按照多源协调控制指令执行功率调节；

39、当安全校验结果不满足预设安全条件时，阻止多源协调控制指令发送至对应供电设备，并根据预设安全控制策略生成替代控制指令，将替代控制指令发送至对应供电设备，使供电系统维持安全运行状态。

40、本发明还提供了，一种aidc数据中心多源协调控制系统，用于上述aidc数据中心多源协调控制方法，包括：

41、数据预测模块，用于获取aidc数据中心的多源运行状态数据，并根据多源运行状态数据获取负载变化趋势信息；

42、时域分解模块，基于负载变化趋势信息，对aidc数据中心的负载功率进行时域分解，得到高频波动分量及低频基荷分量；

43、协调控制模块，用于根据高频波动分量生成储能快速调节控制量，并控制储能系统对高频波动分量进行补偿，根据低频基荷分量生成多源协调控制量，并控制燃气轮机、市电供电单元及光伏发电单元共同承担低频基荷分量；

44、动态修正模块，用于获取储能系统的当前荷电状态信息，将当前荷电状态信息与预设荷电状态参考值进行比较，得到储能状态偏差，并根据储能状态偏差对燃气轮机的基础输出功率进行动态修正，调节燃气轮机输出功率并使储能系统恢复至目标运行状态；

45、安全校验模块，基于储能快速调节控制量及多源协调控制量，生成多源协调控制指令，并将多源协调控制指令输入至数字孪生模型中进行安全校验；

46、控制执行模块，用于根据安全校验结果执行多源协调控制指令，当安全校验结果满足预设安全条件时，将多源协调控制指令发送至对应供电设备执行，当安全校验结果不满足预设安全条件时，阻止多源协调控制指令执行，并根据预设安全控制策略生成替代控制指令。

47、以及，一种aidc数据中心多源协调控制终端，包括：

48、一个或多个处理器；

49、存储装置，其上存储有一个或多个程序；

50、当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现aidc数据中心多源协调控制方法。

51、本发明取得的技术效果为：

52、本发明，在通过获取gpu负载变化趋势，并对数据中心负载功率进行时域分解，将快速变化的高频波动分量与持续变化的低频基荷分量进行区分，使储能系统利用快速响应能力承担高频功率变化，使燃气轮机、市电供电单元以及光伏发电单元承担低频持续功率需求，能够降低gpu任务突变对供电母线造成的冲击，提高供电系统的动态响应能力，根据负载变化特征，仅利用储能系统补偿快速波动部分，将持续功率需求交由燃气轮机、市电及光伏共同承担，能够减少储能系统不必要的充放电次数，降低电池循环损耗，提高储能设备使用寿命，同时降低因频繁充放电产生的热管理压力，利用储能荷电状态信息与预设参考状态之间的偏差，对燃气轮机基础输出功率进行动态修正，使燃气轮机输出功率能够主动配合储能状态变化，当储能因快速调节导致能量下降时，燃气轮机增加输出功率促进储能恢复，当储能状态偏高时，调整燃气轮机输出状态避免储能持续偏移，避免储能长期处于低荷电状态或高荷电状态，提高储能系统长期运行可靠性；

53、本发明，根据不同负载变化阶段分配不同设备的调节任务，使各供电设备在适合自身动态特性的工作范围内运行，能够提高多源供电系统整体运行效率和能源利用水平，在多源协调控制指令发送至实际设备之前，通过数字孪生模型进行在线安全校验，使控制指令能够先在虚拟供电环境中进行运行状态预测，当预测结果显示母线电压、母线频率、储能荷电状态或燃气轮机运行状态存在异常风险时，阻止控制指令直接执行，并生成替代控制指令，避免了传统控制方式中优化结果直接作用于设备可能导致的设备异常或供电风险。