利用仪表后能量存储的动态电力路由的系统和方法与流程

专利2022-05-09  77


利用仪表后能量存储的动态电力路由的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本申请要求于2018年9月14日提交的美国专利申请no.16/132,011的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本说明书涉及一种用于控制对“仪表后”电力的使用的系统。


背景技术:

4.通过地区和国家电力电网分配的电力的价格由发电、管理和输配电(“t&d”)成本组成。t&d成本是消费者为电力支付的总价的很大一部分。t&d成本包括资本成本(土地、装置、变电站、电线等)、电力传输损失以及操作和维护成本。通常在本地站(例如,煤、天然气、核能和可再生资源)处以2.4kv ac(交流)至69kv ac的中压等级来生成电力,然后在ac

ac升压变压器中将其转换成115kv ac或更高的高电压。t&d成本在生成的电力离开本地站并转换成高电压电力以便传输到电网的那一刻已经发生。
5.向本地站操作者支付离开本地站并进入电网的电量的可变市场价格。但是,电网稳定性要求在进入电网的电量与从电网使用的电量之间存在平衡。电网稳定性和拥堵是电网操作者的责任,并且电网操作者应采取措施(包括削减)以在必要时减少本地站的电力供应。通常,将降低为发电所支付的市场价格,以便消除本地站的发电动力。在一些情况下,市场价格会变为负值,从而给继续向电网供电的本地站操作者带来成本。电网操作者有时可以明确地指示本地站操作者减少或停止本地站向电网供应的电量。
6.电力市场波动、电力系统条件(诸如功率因子波动或本地站启动和测试)以及导致发电减少或中断的操作指令都会对可再生能源发电机造成不同的影响,并且会在一天中多次发生以及持续不确定的时间段。尤其是,削减是特别成问题的。
7.根据国家可再生能源实验室的技术报告tp

6a20

60983(2014年3月):
8.削减[是]通常在非自愿的基础上,减少发电机在给定的可用资源(例如,风或阳光)下所产生的输出。当操作者或公用事业公司命令风力发电机和太阳能发电机减少输出以最小化传输拥堵或以其他方式管理系统或实现资源的最优混合时,会导致削减。风力资源和太阳能资源的削减通常是由于传输拥堵或缺乏传输接入而发生的,但其也可能由于诸如在低负载时段期间的过量发电之类的原因而发生,该过量发电由于电压或互连问题会导致基本负载发电机达到最小发电阈值,或导致基本负载发电机维持频率要求,特别是对于小型隔离电网。削减是维持系统能量平衡的众多工具之一,这些工具还包括电网容量、水力发电和热力发电、需求响应、存储和机构变更。决定使用哪种方法主要是经济和操作实践的问题。
[0009]
如今“削减”并不一定意味着它在2000年代初期所做的削减。从那时起,电力行业发生了两次巨变,从而改变了削减实践:无燃料成本的公用事业规模的风力部署以及批发电力市场的发展。这些同时发生的变化带来了新的运营挑战,但也扩大了用于解决这些挑
战的基于市场的工具的范围。
[0010]
实践因地区和市场设计而显著变化。在具有集中组织的批发电力市场和风力发电经验的地方,手动风力削减流程正逐渐被基于经济调度的、透明的基于报价的市场机制所取代。基于经济学调度发电的市场协议也可能导致可再生能源发电厂的发电量少于在可用的风或阳光下潜在产生的发电量。电网操作者通常用其它术语来称呼它,诸如“向下调度”。在主要由垂直整合的公用事业公司服务的地方,公用事业公司与风力开发商之间的购电协议(ppa)越来越多地包含针对削减应急费用的金融规定。
[0011]
****
[0012]
输出的一些减少是由风力操作者如何评估调度与不调度之间的关系来确定的。电网运营者响应于潜在的可靠性事件来确定其它风力削减。还有其它的削减是由于风力发电在输电受限地区中的过度发展。
[0013]
相比于对化石电力生成单元而言,低于最大输出的调度(削减)对风力发电机和太阳能发电机而言更是一个问题,这是由于它们的成本结构存在差异。风力和太阳能发电的经济性取决于只要有足够的阳光或风来为其设施供电就可以发电的能力。因为风力和太阳能发电机具有大量的资本成本,但没有燃料成本(即,最小的可变成本),因此,最大化输出提高了其收回资本成本的能力。相反,化石发电机具有较高的可变成本,诸如燃料成本。取决于具体发电机的经济性,避免这些成本可以在某种程度上减少削减的金融影响,尤其是如果发电机的资本成本被包括在公用事业公司的费率基数中。
[0014]
削减可以导致浪费了可用的能源(对于化石电力生成单元而言,这可能不那么正确,因为化石电力生成单元可以简单地减少所使用的燃料量)。特别是对于风力发电而言,在削减之后,风力发电场可能还需要一些时间才能完全地变为操作。因此,直到风力发电场完全操作之前,其可能无法以最佳效率操作和/或可能无法为电网供电。


技术实现要素:

[0015]
在一个实施例中,一种系统包括被配置为接收和存储来自电力生成单元的电力的能量存储单元。电力生成单元在间歇的基础上发电。该系统还包括灵活数据中心。灵活数据中心包括被配置为从电力生成单元和能量存储单元接收电力的仪表后电力输入系统、电力分配系统、数据中心控制系统和多个计算系统。数据中心控制系统被配置为基于一个或多个被监视的电力系统条件或操作指令来调制向多个计算系统的电力输送。
[0016]
在另一个实施例中,一种方法包括:确定满足灵活数据中心斜升条件,并且基于确定满足灵活数据中心斜升条件,(a)从两个或更多个仪表后能源的组中选择一个或多个仪表后能源,以用于向灵活数据中心中的一个或多个计算系统的仪表后电力输送,(b)启用从选择的一个或多个仪表后能源向灵活数据中心中的一个或多个计算系统的仪表后电力输送,以及(c)指示灵活数据中心中的一个或多个计算系统执行计算操作。
[0017]
根据以下描述和权利要求,本发明的其它方面将变得显而易见。
附图说明
[0018]
图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的计算系统。
[0019]
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心。
[0020]
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心的三相电力分布。
[0021]
图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心的控制分配方案。
[0022]
图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心的机群(fleet)的控制分配方案。
[0023]
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的由一个或多个风力涡轮机供电的灵活数据中心。
[0024]
图7示出了根据本发明的一个或多个实施例的由一个或多个太阳能电池板供电的灵活数据中心。
[0025]
图8示出了根据本发明的一个或多个实施例的由火炬气供电的灵活数据中心。
[0026]
图9a示出了根据本发明的一个或多个实施例的使用仪表后电力向灵活数据中心的动态电力输送的方法。
[0027]
图9b示出了根据本发明的一个或多个实施例的使用仪表后电力向灵活数据中心的动态电力输送的另一种方法。
[0028]
图10示出了根据本发明的一个或多个实施例的具有灵活数据中心和能量存储单元的功率分配方案。
[0029]
图11示出了根据本发明的一个或多个实施例的具有灵活数据中心和能量存储单元的控制分配方案。
[0030]
图12示出了根据本发明的一个或多个实施例的使用仪表后电力的向灵活数据中心的动态电力输送的方法。
具体实施方式
[0031]
参照附图详细描述本发明的一个或多个实施例。为了一致性,各个附图中的相似元件由相似的附图标记表示。在本发明的以下详细描述中,阐述了具体细节以便提供对本发明的透彻理解。在其它情况下,没有描述本领域普通技术人员众所周知的特征,以避免模糊本发明的描述。
[0032]
本文提供的实施例涉及在本地站处“在仪表后(behind the meter)”提供电力负载,使得生成的电力可以通常在间歇的时间段内被引导到仪表后负载而不是引导到电网上。“仪表后(behind

the

meter)”电力包括在将电力进行升压转换成高电压等级的交流电以便传输到电网之前,从发电系统(例如,但不限于,风力或太阳能发电系统)接收的电力。因此,仪表后电力可以包括直接从间歇式电网规模发电系统(例如,风力发电场或太阳能阵列)中汲取的电力,而不是从电网中汲取的电力。
[0033]
例如,本文的实施例在电力系统条件展现出以下情况时提供了优势:本地站等级的过量本地电力生成、电网不能接收的过量本地电力生成、经受经济削减的本地电力生成、经受可靠性削减的本地电力生成、经受功率因数校正的本地电力生成、低本地电力生成、启动本地电力生成情况、暂态本地电力生成情况、电力成本在经济上可行的条件(例如,低廉的电力成本),或测试本地电力生成情况,其中使用本地的仪表后电力生成存在经济优势。这并非仅仅是因为过量的电力可以由仪表后电力负载利用而不会被浪费。此外,通过在仪表后提供电力负载而不是将其连接到电网,可以减少由于电力通过电网传输而导致的电力传输损耗。此外,可以减少可能由于削减而导致的发电系统中的任何降级。
[0034]
优选地,通过计算操作消费电力的受控计算系统可以提供仪表后电力负载,该电力负载可以在监视电力系统条件并指示电力状态和/或计算系统的计算活动的控制系统的监督下迅速地逐布斜升和斜降。在一个实施例中,计算系统优选地从仪表后电源接收其用于计算操作的所有电力。在另一个实施例中,计算系统可以附加地包括到电网电力的连接,以用于监督和通信系统或其它辅助需要。在又一个实施例中,计算系统可以被配置为在控制系统的指示下在仪表后电力和电网电力之间切换。
[0035]
除其它好处外,具有受控的粒度斜坡(granular ramping)的计算系统负载允许本地站避免不利的电力市场价格并快速响应电网指令。
[0036]
各种计算系统可以提供粒度的仪表后斜坡。优选地,计算系统执行计算任务,该计算任务不受随着计算系统的斜升和斜降而出现的频繁中断或处理减慢的影响,或基本上不受其阻碍。在一个实施例中,控制系统可以激活或去激活位于仪表后相似或相同的计算系统阵列中的一个或多个计算系统。例如,阵列中的一个或多个区块链矿工或一组区块链矿工可以被打开或关闭。在另一个实施例中,控制系统可以将对时间不敏感的计算任务引导到位于仪表后计算硬件,诸如cpu和gpu,而其它硬件则位于仪表前面并且可能远离仪表后硬件。任何并行计算过程(诸如蒙特卡洛仿真、金融交易的批处理、图形渲染以及油气田仿真模型)都是此类可中断计算操作的理想选择。
[0037]
在一些情况下,本地站可以生成比计算系统能够消耗的电力或分配给电网的电力更多的电力,或者计算系统可能需要在满足斜降条件时在有限的时间段内继续进行计算操作。因此,有利的是将生成的电力动态地路由到能量存储系统中,该能量存储系统可以在以后需要仪表后电力但经由生成不能充分可用时被汲取。因此,根据本发明的一个或多个实施例,系统和/或方法可以采用动态电力路由以基于确定的电流或预期的电力系统条件来选择性地路由电力。在本发明的一个或多个实施例中,用于向灵活数据中心的动态电力输送的方法和系统使用仪表后电源,该仪表后电源既包括生成的电力又包括存储的仪表后电力,每一者都无需传输和分配成本。灵活数据中心可以被配置为基于被监视的电力系统条件或操作指令来调制向计算系统的至少一部分的电力输送。例如,灵活数据中心可以斜升到满容量状态、斜降到关容量状态,或者动态降低功耗、充当负载平衡器或调整功率因数。这些活动中的每一个都可以使用以下中的任何一个或全部来执行:仪表后生成的电力、仪表后存储的电力和/或电网电力。有利地,灵活数据中心可以执行计算操作,诸如使用清洁和可再生能源进行的区块链散列操作或模拟,否则这些能源将被浪费。
[0038]
图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的计算系统100。计算系统100可以包括部署在被配置为执行计算操作的一个或多个印刷电路板(未示出)上的一个或多个中央处理单元(单个“cpu”或多个“cpu”)105、主机桥110、输入/输出(“io”)桥115、图形处理单元(单个“gpu”或多个“gpu”)125和/或专用集成电路(单个“asic”或多个“asic”)(未示出)。一个或多个cpu 105、gpu 125或asic(未示出)中的每一个可以是单核(未独立示出)设备或多核(未独立示出)设备。多核设备通常包括部署在同一物理管芯(未示出)上的多个核(未示出)或部署在同一机械封装内的多个管芯(未示出)上的多个核(未示出)。
[0039]
cpu 105可以是通常被配置为执行软件指令的通用计算设备。cpu 105可以包括到主机桥110的接口108、到系统存储器120的接口118以及到一个或多个io设备(例如,一个或多个gpu 125)的接口123。gpu 125可以用作通常被配置为执行与帧缓冲器操纵相关的图形
功能的专用计算设备。但是,本领域普通技术人员将认识到的是,gpu 125可以被用于执行计算密集型的与非图形相关的功能。在某些实施例中,gpu 125可以直接与cpu 125接口123(以及通过cpu 105与系统存储器120接口118)。在其它实施例中,gpu125可以与主机桥110接口121(以及取决于应用或设计,通过主机桥110或cpu 105与系统存储器120接口116或118)。在其它实施例中,gpu 125可以与io桥115接口133(以及取决于应用或设计,通过主机桥110或cpu105与系统存储器120接口116或118)。gpu 125的功能可以全部或部分地与cpu 105集成。
[0040]
主机桥110可以是被配置为在一个或多个计算设备与io桥115以及在一些实施例中与系统存储器120之间进行接口的接口设备。对于cpu 105不包括到系统存储器120的接口118、到系统存储器120的接口116的实施例以及对于cpu 105不包括集成的gpu 125或到gpu 125的接口123、到gpu 125的接口121的实施例,主机桥110可以包括到cpu 105的接口108、到io桥115的接口113。主机桥110的功能可以全部或部分地与cpu 105集成。io桥115可以是被配置为在一个或多个计算设备与各种io设备(例如,140、145)和io扩展或附加设备(未独立示出)之间进行接口的接口设备。io桥115可以包括到主机桥110的接口113、到一个或多个io扩展设备135的一个或多个接口133、到键盘140的接口138、到鼠标145的接口143、到一个或多个本地存储设备150的接口148,以及到一个或多个网络接口设备155的接口153。io桥115的功能可以全部或部分地与cpu 105或主机桥110集成。每个本地存储设备150(如果有的话)可以是固态存储器设备、固态存储设备阵列、硬盘驱动器、硬盘驱动器阵列,或任何其它非暂时性计算机可读介质。网络接口设备155可以提供一个或多个网络接口,该网络接口包括适于促进联网通信的任何网络协议。
[0041]
除了一个或多个本地存储设备150之外或作为其替代,计算系统100还可以包括一个或多个网络附接的存储设备160。每个网络附接的存储设备160(如果有的话)可以是固态存储器设备、固态存储器设备阵列、硬盘驱动器、硬盘驱动器阵列或任何其它非暂时性计算机可读介质。网络附接的存储设备160可以与或可以不与计算系统100共位,并且可以经由一个或多个网络接口设备155所提供的一个或多个网络接口被计算系统100访问。
[0042]
本领域普通技术人员将认识到的是,计算系统100可以是常规计算系统或专用计算系统。在某些实施例中,专用计算系统可以包括一个或多个asic(未示出),其被配置为以更高效的方式执行一个或多个功能,诸如散列(hashing)。一个或多个asic(未示出)可以直接与cpu 105、主机桥110或gpu 125接口,或者可以通过io桥115接口。可替代地,在其它实施例中,可以将专用计算系统简化为仅执行期望功能所需的那些组件,以努力减少芯片数量、印刷电路板占用面积、热设计电力和电力消耗中的一个或多个。可以使用一个或多个asic(未示出)来代替cpu 105、主机桥110、io桥115或gpu 125中的一个或多个。在此类系统中,一个或多个asic可以结合足够的功能以在具有实质上更少的组件设备的最小占用面积中执行某些网络和计算功能。
[0043]
照此,本领域普通技术人员将认识到,根据本发明的一个或多个实施例,可以基于应用、设计或形式因子来整体或部分地集成、分布或排除cpu 105、主机桥110、io桥115、gpu 125或asic(未示出)或其功能或特征的子集、超集或组合。因此,根据本发明的一个或多个实施例,对计算系统100的描述仅仅是示例性的,并且无意于限制构成适于执行计算操作的计算系统100的组成设备的类型、种类或配置。
[0044]
本领域普通技术人员将认识到的是,计算系统100可以是独立的、膝上型计算机、台式计算机、服务器、刀片式服务器或机架安装系统,并且可以基于应用或设计而变化。
[0045]
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心200。灵活数据中心200可以包括移动容器205、仪表后电力输入系统210、电力分配系统215、气候控制系统(例如,250、260、270、280和/或290)、数据中心控制系统220,以及部署在一个或多个机架240中的多个计算系统100。数据中心控制系统220可以是计算系统(例如,图1中的100),其被配置为基于仪表后电力可用性或来自本地站控制系统(未示出)、远程主控制系统(未示出)或电网操作者(未示出)的操作指令来动态地调制向部署在灵活数据中心200内的一个或多个计算系统100的电力输送。
[0046]
在某些实施例中,移动容器205可以是布置在轮子上并被配置用于快速部署的存储拖车。在其它实施例中,移动容器205可以是被配置用于放置在地面上并且潜在地以垂直或水平方式(未示出)进行堆叠的存储容器(未示出)。在还有其它实施例中,移动容器205可以是可充气容器、浮动容器或适于容纳移动数据中心200的任何其它类型或种类的容器。并且在其它实施例中,灵活数据中心200可以不包括移动容器。例如,灵活数据中心200可以位于建筑物或另一种类型的固定环境中。
[0047]
可以将灵活数据中心200快速地部署在未利用的仪表后电力生成源附近的场所。仪表后电力输入系统210可以被配置为向灵活数据中心200输入电力。仪表后电力输入系统210可以包括第一输入(未独立示出),该第一输入被配置为接收仪表后三相交流电(“ac”)电压。在某些实施例中,仪表后电力输入系统210可以包括被配置为将仪表后三相ac电压降压为单相监督标称ac电压的监督ac到ac降压变压器(未示出),或者包括被配置为从本地站(未示出)或计量源(未示出)接收单相监督标称ac电压的第二输入(未独立示出)。仪表后电力输入系统210可以向数据中心控制系统220提供单相监督标称ac电压,这可以使数据中心控制系统220几乎一直保持通电状态,以控制灵活数据中心200的操作。仪表后电力输入系统210的第一输入(未独立示出)或第三输入(未独立示出)可将仪表后三相ac电压引导至被配置为可控地将仪表后三相ac电压降压为三相标称ac电压的、操作的ac到ac降压变压器(未示出)。数据中心控制系统220可以通过操作的ac

ac降压变压器(未示出)可控地启用或禁用三相标称ac电压的生成或提供。
[0048]
仪表后电力输入系统210可以将三相标称ac电压的三相提供给电力分配系统215。电力分配系统215可以可控地向部署在灵活数据中心200内的每个计算系统100或计算系统100的组240提供三相标称ac电压的单相。数据中心控制系统220可以可控地选择电力分配系统215将三相标称ac电压的哪一相提供给每个计算系统100或计算系统100的组240。以这种方式,数据中心控制系统220可以通过以下操作来调制电力输送:将灵活数据中心200斜升到完全操作状态,将灵活数据中心200斜降到离线状态(其中仅数据中心控制系统220保持通电)、通过收回来自一个或多个计算系统100或计算系统100的组240的电力输送或减少到其的电力来降低电力消耗,或者通过可控地调整一个或多个计算系统100或计算系统100的组240使用三相标称ac电压的哪些相来调制本地站的功率因数校正因子。在一些实施例中,灵活数据中心200可以接收dc(直流)电力以向电力计算系统100供电。
[0049]
灵活数据中心200可以包括气候控制系统(例如,250、260、270、280、290),其被配置为将多个计算系统100维持在它们的操作温度范围内。在某些实施例中,气候控制系统可
以包括进气口250、蒸发冷却系统270、风扇280和排气口260。在其它实施例中,气候控制系统可以包括进气口250、空调或制冷冷却系统290以及排气口260。在其它实施例中,气候控制系统可以包括计算机室空调系统(未示出)、计算机室空气处理器系统(未示出)或浸没式冷却系统(未示出)。本领域普通技术人员将认识到的是,根据本发明的一个或多个实施例,可以使用被配置为将多个计算系统100的操作维持在其操作温度范围内的任何合适的热量抽取系统(未示出)。
[0050]
灵活数据中心200可以包括电池系统(未示出),该电池系统被配置为将三相标称ac电压转换成标称dc电压并且在多个存储单元格中存储电力。电池系统(未示出)可以包括dc到ac逆变器,该dc到ac逆变器被配置为将标称dc电压转换成三相标称ac电压,以供灵活数据中心200使用。可替代地,电池系统(未示出)可以包括被配置为将标称dc电压转换成单相标称ac电压的dc到ac逆变器,以向数据中心控制系统220供电。
[0051]
本领域普通技术人员将认识到的是,仪表后三相ac电压的电压等级可以基于应用或设计以及本地电力生成的类型或种类而变化。照此,操作的ac

ac降压变压器(未示出)的类型、种类或配置可以基于应用或设计而变化。此外,根据本发明的一个或多个实施例,三相标称ac电压、单相标称ac电压和标称dc电压的频率和电压等级可以变化。
[0052]
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心200的三相电力分配。灵活数据中心200可以包括多个机架240,每个机架可以包括布置在其中的一个或多个计算系统100。如以上所讨论的,仪表后电力输入系统(图2的210)可以向电力分配系统(图2的215)提供三相标称ac电压的三相。电力分配系统(图2的215)可以可控地向部署在灵活数据中心200内的每个计算系统100或计算系统100的组240提供三相标称ac电压的单相。例如,灵活数据中心200可以包括十八个机架240,每个机架可以包括十八个计算系统100。电力分配系统(图2的215)可以控制将三相标称ac电压的哪一相提供给一个或多个计算系统100、计算系统100的机架240或计算系统100的机架240的组(例如,310、320,或330)。
[0053]
在图中,仅出于说明目的,将十八个机架240划分为六个机架的第一组310、六个机架的第二组320和六个机架的第三组330,其中每个机架包含十八个计算系统100。电力分配系统(图2的215)可以例如向六个机架的第一组310提供三相标称ac电压的第一相,向六个机架的第二组320提供三相标称ac电压的第二相,并向六个机架的第三组330提供三相标称ac电压的第三相。如果灵活数据中心(图2的200)从本地站(未示出)接收到操作指令以提供功率因数校正,那么数据中心控制系统(图2的220)可以指示电力分配系统(图2的215)调整三相标称ac电压的哪个相或哪些相用于提供本地站(未示出)或电网操作者(未示出)所需的功率因数校正。本领域普通技术人员将认识到的是,除了电力分配之外,还可以通过调整被操作地供电的计算系统100的数量来改变负载。照此,灵活数据中心(图2的200)可以被配置为充当电容性或电感性负载,以提供实现本地站(未示出)所需的功率因数校正所需的适当电抗。
[0054]
图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心200的控制分配方案400。数据中心控制系统220可以单独地或与本地站控制系统410、远程主控制系统420和电网操作者440中的一个或多个协作,来调制向灵活数据中心200的电力输送。具体而言,可以基于条件或操作指令来动态地调整电力输送。
[0055]
本地站控制系统410可以是被配置为控制本地站的各个方面(未独立示出)的计算
系统(例如,图1的100),该系统生成电力并且有时生成未利用的仪表后电力。本地站控制系统410可以通过联网的连接430与远程主控制系统420通信,并且通过联网的或硬连线的连接415与数据中心控制系统220通信。远程主控制系统420可以是位于异地但经由网络连接425连接到数据中心控制系统220的计算系统(例如,图1的100),该系统被配置为提供对灵活数据中心200或灵活数据中心200的机群(未示出)的监督或越权控制(override)。电网操作者440可以是被配置为控制从本地站(未独立示出)接收电力的电网(未独立示出)的各个方面的计算系统(例如,图1的100)。电网操作者440可以通过联网的或硬连线的连接445与本地站控制系统440通信。
[0056]
数据中心控制系统220可以在本地站(未独立示出)监视未利用的仪表后电力可用性,并确定何时满足数据中心斜升条件。未利用的仪表后电力可用性可以包括以下一项或多项:过量本地电力生成、电网不能接受的过量本地电力生成、经受经济削减的本地电力生成、经受可靠性削减的本地电力生成、经受功率因数校正的本地电力生成、其中电力成本在经济上可行的条件(例如,较低的电力成本)、其中本地电力生成过低的情况、启动情况、暂态情况或测试情况,其中使用本地生成的仪表后电力生成是经济有利的,具体而言是几乎没有成本或没有相关联的传输或分配损失或成本的可用电力。
[0057]
如果有足够的仪表后电力可用性并且没有来自本地站控制系统410、远程主控制系统420或电网操作者440的用于离线或降低电力的操作指令,那么可以满足数据中心斜升条件。照此,数据中心控制系统220可以启用435仪表后电力输入系统210向电力分配系统(图2的215)提供三相标称ac电压,以向多个计算系统(图2的100)或其子集供电。数据中心控制系统220可以可选地指示一个或多个计算系统(图2的100)执行预定的计算操作。例如,如果一个或多个计算系统(图2的100)被配置为执行区块链散列操作,那么数据中心控制系统220可以指示它们针对诸如比特币、莱特币(litecoin)或以太坊(ethereum)之类的特定区块链应用来执行区块链散列操作。可替代地,一个或多个计算系统(图2的100)可以被配置为单独地从网络连接(未示出)接收诸如例如用于特定的区块链应用的网络之类的对等区块链网络(未示出)的计算指令,以执行预定的计算操作。
[0058]
远程主控制系统420可以向数据中心控制系统220指定足够的仪表后电力可用性的构成,或者数据中心控制系统220可以被编程有单独地基于其做出确定的、预定的偏好或标准。例如,在某些情形下,足够的仪表后电力可用性可以小于为整个灵活数据中心200完全供电所需的电力。在这种情形下,数据中心控制系统220可以仅向计算系统的子集(图2的100)提供电力,或者以较低电力模式(即在足够但小于整个可用电力范围内)操作多个计算系统(图2的100)。
[0059]
虽然灵活数据中心200处于在线状态且为操作的,但是当仪表后电力可用性不足或预期不足时,或者从本地站控制系统410、远程主控制系统420或电网操作者440发出了操作指令时,可以满足数据中心斜降条件。数据中心控制系统220可以监视并确定仪表后电力可用性何时不足或预期不足。如上所述,可以由远程主控制系统420指定足够性,或者数据中心控制系统220可以被编程有单独地基于其做出确定的、预定的偏好或标准。操作指令可以基于当前的可调度性、何时或预期何时未利用的仪表后电力为可用的前瞻性预测、经济考虑、可靠性考虑、操作考虑,或本地站410、远程主控制系统420或电网操作者440的自行决定权(discretion)。例如,本地站控制系统410、远程主控制系统420或电网操作者440可以
向灵活数据中心200发出用于离线并断电的操作指令。当满足数据中心斜降条件时,数据中心控制系统220可以禁止向多个计算系统(图2的100)的电力输送。数据中心控制系统220可以禁止435仪表后电力输入系统210向电力分配系统(图2的215)提供三相标称ac电压以使多个计算系统(图2的100)断电,同时数据中心控制系统220仍保持被供电,并且当未利用的仪表后电力再次变为可用时,数据中心控制系统220能够重新启动灵活数据中心200。
[0060]
虽然灵活数据中心200是在线且操作的,但改变的条件或操作指令可以使数据中心控制系统220调制灵活数据中心200的电力消耗。数据中心控制系统220可以确定,或者本地站控制系统410、远程主控制系统420或电网操作者440可以通信,本地条件的改变会导致相比完全向灵活数据中心200供电所必需的更少的电力生成、可用性或经济可行性。在这样的情况下,数据中心控制系统220可以采取措施来减少或停止灵活数据中心200的电力消耗(除了维持数据中心控制系统220的操作所需的电力消耗之外)。可替代地,本地站控制系统410、远程主控制系统420或电网操作者440可以出于任何原因来发出用于减少电力消耗的操作指令,其原因可以是未知的。作为响应,数据中心控制系统220可以动态地减少或收回向一个或多个计算系统(图2的100)的电力输送,以满足规定。数据中心控制系统220可以可控制地将三相标称ac电压提供给计算系统(图2的100)的较小子集以减少电力消耗。数据中心控制系统220可以通过降低一个或多个计算系统的操作频率或通过网络指令迫使它们进入较低电力模式来动态地减少一个或多个计算系统的电力消耗。
[0061]
本领域普通技术人员将认识到的是,数据中心控制系统220可以被配置为具有许多不同的配置,诸如可以被供电的计算系统(图2的100)的数量或类型或种类以及采用何种操作模式,这与多个不同范围的足够且可用的、未利用的仪表后电力可用性相对应。照此,数据中心控制系统220可以在各种范围的足够且可用的、未利用的仪表后电力可用性上调制电力输送。
[0062]
图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的灵活数据中心200的机群500的控制分布。关于图4示出和描述的灵活数据中心200的控制分布可以扩展到灵活数据中心200的机群500。例如,第一本地站(未独立示出)(诸如例如风力发电场(未示出))可以包括第一多个510的灵活数据中心200a至200d,它们可以共位或跨本地站(未示出)分布。第二本地站(未独立示出)(诸如例如另一个风力发电场或太阳能发电厂(未示出))可以包括第二多个520的灵活数据中心200e至200h,它们可以共位或跨本地站(未示出)分布。本领域普通技术人员将认识到的是,根据本发明的一个或多个实施例,在给定站上部署的灵活数据中心200的数量和机群内的站的数量可以基于应用或设计而变化。
[0063]
远程主控制系统420可以以类似于关于图4示出和描述的方式来提供对灵活数据中心200的机群500的监督控制,其中具有增加的灵活性以针对机群500做出可以与给定的站相悖的高层决策。远程主控制系统420可以基于例如部署了灵活数据中心200的每个本地站的状态、在机群500上分布的工作负载以及预期工作负载所需的预期计算需求来做出关于向给定的本地站发出操作指令的决策。此外,远程主控制系统420可以出于任何原因而将工作负载从第一多个510的灵活数据中心200转移到第二多个520的灵活数据中心200,例如包括一个本地站处未利用的仪表后电力可用性的损失以及另一个本地站处未利用的仪表后电力的可用性。
[0064]
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的由一个或多个风力涡轮机610供电
的灵活数据中心200。风力发电场600通常包括多个风力涡轮机610,每个风力涡轮机610在间歇的基础上产生风力生成的ac电压。风力生成的ac电压可以基于发电厂600、涡轮机610的类型、种类或配置以及入射风速而变化。风力生成的ac电压通常输入到涡轮ac到ac升压变压器(未示出)中,该变压器布置在涡轮机610的机舱(未独立示出)内或桅杆基座(未独立示出)处。涡轮ac到ac升压变压器(未示出)输出风力生成的三相ac电压620。收集625由多个风力涡轮机610产生的风力生成的三相ac电压620,并将其提供630给另一个ac到ac升压变压器640,该变压器640将风力生成的三相ac电压620升压为适合输送到电网660的三相电网ac电压650。可以用被配置为产生提供给本地站690的三相本地站ac电压680的ac到ac降压变压器670来对三相电网ac电压650进行降压。本领域普通技术人员将认识到的是,实际电压等级可以基于风力涡轮机610的类型、种类或数量、风力发电场600的配置或设计以及其馈入到的电网660而变化。
[0065]
可以对连接到电网660的ac到ac升压变压器640的输出侧进行计量,并且该输出侧通常经受传输和分配成本。相反,在ac到ac升压变压器640的输入侧消耗的电力可以被认为是仪表后,并且通常不经受传输和分配成本。照此,一个或多个灵活数据中心200可以由风力生成的三相ac电压620供电。具体而言,在风力发电场600应用中,用于向灵活数据中心200供电的仪表后三相ac电压可以是风力生成的三相ac电压620。照此,灵活数据中心200可以驻留在仪表后,避免传输和分配成本,并且可以在未利用的仪表后电力可用时被动态地供电。
[0066]
当存在过量的本地电力生成时,会出现未利用的仪表后电力可用性。在强风条件下,风力发电场600可以生成比例如ac到ac升压变压器640所额定的电力更多的电力。在这样的情况下,风力发电场600可能必须采取措施以保护其装置免受损坏,这可以包括使一个或多个涡轮机610离线或将其电压分流至虚设负载或接地。有利的是,可以将一个或多个灵活数据中心200用于在ac到ac升压变压器640的输入侧消耗电力,从而允许风力发电场600在操作范围内操作装置,同时灵活数据中心200接收仪表后电力而无需传输或分配成本。本地站690的本地站控制系统(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或向远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0067]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当电网660由于某种原因而无法获取由风力发电场600产生的电力时。在这种情况下,风力发电场600可能必须使一个或多个涡轮机610离线或将其电压分流至虚设负载或接地。有利的是,可以将一个或多个灵活数据中心200用于在ac到ac升压变压器640的输入侧消耗电力,从而允许风力发电场600以较低的等级向电网660产生电力或者完全关闭变压器640,同时灵活数据中心200接收仪表后电力而无需传输或分配成本。本地站690的本地站控制系统(未独立示出)或电网660的电网操作者(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4中的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0068]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当风力发电场600以负的价格向电
网660出售电力时,该负的价格被生产税收抵免所抵消。在某些情形下,生产税收抵免的值可以超过风力发电场600必须向电网660支付以卸载其生成的电力的价格。有利的是,可以使用一个或多个灵活数据中心200来消耗仪表后电力,从而允许风力发电场600产生并获得生产税收抵免,但是以负的价格向电网660出售较少的电力。本地站690的本地站控制系统(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0069]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当由于电网660供过于求或被指示停下来并完全停止发电,风力发电场600正以负的价格向电网660出售电力时。电网操作者(未独立示出)可以选择使某些发电站离线并停止向电网660发电。有利的是,可以使用一个或多个灵活数据中心200来消耗仪表后电力,从而允许风力发电场600停止向电网660产生电力,但是可以有效地利用仪表后生成的电力而无需传输或分配成本。本地站690的本地站控制系统(未独立示出)或电网660的电网操作者(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0070]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当风力发电场600正在向电网660产生不稳定的、异相的或处于错误频率的电力,或者电网660出于任何原因而已经是不稳定的、异相的或处于错误频率时。电网操作者(未独立示出)可以选择使某些发电站离线并停止向电网660产生电力。有利的是,可以使用一个或多个灵活数据中心200来消耗仪表后电力,从而允许风力发电场600停止向电网660产生电力,但是可以有效地使用仪表后生成的电力而无需传输或分配成本。本地站690的本地站控制系统(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0071]
未利用的仪表后电力可用性的另外的示例是,当风力发电场600遇到低风条件时,这使得为某些组件(诸如例如本地站(未示出))供电在经济上是不可行的,但可以有足够的仪表后电力可用性来为一个或多个灵活数据中心200供电。类似地,当风力发电场600正在启动或测试一个或多个涡轮机610时,会出现未利用的仪表后电力可用性。涡轮机610经常离线以进行安装、维护和服务,并且必须在作为阵列的一部分而上线之前进行测试。一个或多个灵活数据中心200可以由从发电场600离线的一个或多个涡轮机610供电。当未利用的仪表后电力为可用时的上述示例仅是示例性的,并不旨在限制本领域普通技术人员将识别为未利用的仪表后电力可用性的范围。未利用的仪表后电力可用性可以在仪表后有电力可用且可访问(其不经受传输和分配成本)并且使用它存在经济优势的任何时候出现。
[0072]
本领域普通技术人员将认识到的是,根据本发明的一个或多个实施例,风力发电场600和风力涡轮机610可以基于应用或设计而变化。
[0073]
图7示出了根据本发明的一个或多个实施例的由一个或多个太阳能电池板710供电的灵活数据中心200。太阳能发电场700通常包括多个太阳能电池板710,每个太阳能电池板在间歇的基础上生成太阳能生成的dc电压720。太阳能生成的dc电压720可以基于发电场700、面板710的类型、种类或配置以及入射阳光而变化。收集725由多个太阳能电池板710产生的、太阳能生成的dc电压720并将其提供730给dc到ac逆变器740,dc到ac逆变器740将太阳能生成的dc电压转换成太阳能生成的三相ac电压750。太阳能生成的三相ac电压750被提供给ac到ac升压变压器760,该ac到ac升压变压器760将太阳能生成的三相ac电压升压为三相电网ac电压790。可以用被配置为产生提供给本地站775的三相本地站ac电压777的ac

ac降压变压器785来降低三相电网ac电压790。本领域普通技术人员将认识到的是,实际电压等级可以基于太阳能电池板710的类型、种类或数量、太阳能发电场700的配置或设计以及其馈入的电网790而变化。在一些实施例中,太阳能场700可以直接将dc电力提供给灵活数据中心200,而无需经由dc到ac逆变器740转换成ac电力。
[0074]
可以对连接到电网790的ac到ac升压变压器760的输出侧进行计量,并且该输出侧通常经受传输和分配成本。相反,在ac到ac升压变压器760的输入侧消耗的电力可以被认为是在仪表后,并且通常不经受传输和分配成本。照此,一个或多个灵活数据中心200可以由太阳能生成的三相ac电压750供电。具体而言,在太阳能发电场700的应用中,用于向灵活数据中心200供电的仪表后三相ac电压可以是太阳能生成的三相ac电压750。照此,灵活数据中心200可以驻留在仪表后,避免传输和分配成本,并且可以在未利用的仪表后电力为可用时被动态地供电。
[0075]
当存在过量的本地电力生成时,会出现未利用的仪表后电力可用性。在高入射阳光的情况下,太阳能发电场700可以生成相比例如ac到ac升压变压器760所额定的电力更多的电力。在这样的情况下,太阳能发电场700可能必须采取措施以保护其装置免受损坏,这可以包括使一个或多个面板710离线或将其电压分流至虚设负载或接地。有利的是,可以将一个或多个灵活数据中心200用于在ac到ac升压变压器760的输入侧消耗电力,从而允许太阳能发电场700在操作范围内操作设备,同时灵活数据中心200接收仪表后电力而无需传输或分配成本。本地站775的本地站控制系统(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0076]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当电网790出于某种原因而无法获取由太阳能发电厂700产生的电力时。在这种情况下,太阳能发电场700可能必须使一个或多个面板710离线或者将其电压分流至虚设负载或接地。有利的是,可以将一个或多个灵活数据中心200用于在ac到ac升压变压器760的输入侧消耗电力,从而允许太阳能发电场700以较低的等级向电网790产生电力或者完全关闭变压器760,同时灵活数据中心200接收仪表后电力而无需传输或分配成本。本地站775的本地站控制系统(未独立示出)或电网790的电网操作者(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4中的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的
灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0077]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当太阳能发电场700以负的价格向电网790出售电力时,该负的价格被生产税收抵免所抵消。在某些情形下,生产税收抵免的价值可以超过太阳能发电场700必须向电网790支付以卸载其生成的电力的价格。有利的是,可以使用一个或多个灵活数据中心200来消耗仪表后电力,从而允许太阳能发电场700产生并获得生产税收抵免,但是以负的价格向电网790出售较少的电力。本地站775的本地站控制系统(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0078]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是,当由于电网790供过于求或被指示停下来并完全停止发电,太阳能发电场700正在以负的价格向电网790出售电力时。电网操作者(未独立示出)可以选择使某些发电站离线并停止向电网790产生电力。有利的是,可以使用一个或多个灵活数据中心200来消耗仪表后电力,从而允许太阳能发电场700停止向电网790产生电力,但是可以有效地利用仪表后生成的电力而无需传输或分配成本。本地站775的本地站控制系统(未独立示出)或网格790的电网操作者(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0079]
未利用的仪表后电力可用性的另一个示例是当太阳能发电场700向电网790产生不稳定的、异相的或处于错误频率的电力,或者电网790出于任何原因而已经是不稳定的、异相的或处于错误频率时。电网操作者(未独立示出)可以选择使某些发电站离线并停止向电网790产生电力。有利的是,可以使用一个或多个灵活数据中心200来消耗仪表后电力,从而允许太阳能发电场700停止向电网790产生电力,但是可以有效地使用仪表后生成的电力而无需传输或分配成本。本地站775的本地站控制系统(未独立示出)可以向一个或多个灵活数据中心200或远程主控制系统(图4的420)发出用以斜升到期望的电力消耗等级的操作指令。当操作指令要求多个灵活数据中心200的协同动作时,远程主控制系统(图4的420)可以确定如何根据操作指令为每个单独的灵活数据中心200供电,或者为每个灵活数据中心200提供越权控制。
[0080]
未利用的仪表后电力可用性的其它示例是,当太阳能发电场700经历间歇性云层覆盖,使得为某些组件(诸如例如本地站775)供电在经济上是不可行的,但对于向一个或多个灵活数据中心200供电存在足够的仪表后电力可用性时。类似地,当太阳能发电场700正在启动或测试一个或多个面板710时,会出现未利用的仪表后电力可用性。面板710经常离线以进行安装、维护和服务,并且必须在作为阵列的一部分而上线之前进行测试。一个或多个灵活数据中心200可以由从发电场700离线的一个或多个面板710供电。当未利用的仪表后电力为可用时的上述示例仅是示例性的,并不旨在限制本领域普通技术人员将识别为未利用的仪表后电力可用性的范围。未利用的仪表后电力可用性可以在仪表后有电力可用且可访问(其不经受传输和分配成本)并且使用它存在经济优势的任何时候出现。
[0081]
本领域普通技术人员将认识到的是,根据本发明的一个或多个实施例,太阳能发电场700和太阳能电池板710可以基于应用或设计而变化。
[0082]
图8示出了根据本发明的一个或多个实施例的由火炬气800供电的灵活数据中心200。火炬气800是作为石油精炼厂、化工厂、天然气加工厂、石油和天然气钻探设备以及石油和天然气生产设施的产品或副产品而被生产的可燃气体。火炬气800通常通过火炬烟囱(未示出)燃烧掉或排放到空气中。在本发明的一个或多个实施例中,火炬气800可以被转移812到产生气体生成的三相ac电压822的气体驱动发电机。该电力可以被认为是仪表后,并且不经受传输和分配成本。照此,一个或多个灵活数据中心200可以由气体生成的三相ac电压供电。具体而言,用于向灵活数据中心200供电的仪表后三相ac电压可以是气体生成的三相ac电压822。因而,灵活数据中心200可以驻留在仪表后,避免传输和分配成本,并且可以在未利用的仪表后电力可用时被动态地供电。
[0083]
图9a示出了根据本发明的一个或多个实施例的使用仪表后电力900向灵活数据中心(图2的200)动态输送电力的方法。在步骤910中,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以监视仪表后电力可用性。在某些实施例中,监视可以包括从本地站控制系统(图4的410)或电网操作者(图4的440)接收与仪表后电力可用性对应的信息或操作指令。
[0084]
在步骤920中,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以确定何时满足数据中心斜升条件。在某些实施例中,当仪表后电力可用性足够并且没有来自本地站的用以离线或降低电力的操作指令时,可以满足数据中心斜升条件。在步骤930中,数据中心控制系统(图4的220)可以使得能够向一个或多个计算系统(图2的100)输送仪表后电力。在步骤940中,一旦斜升,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)就可以指示一个或多个计算系统(图2的100)执行预定的计算操作。在某些实施例中,预定的计算操作可以包括一个或多个散列函数的执行。
[0085]
在操作时,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以接收用以调制电力消耗的操作指令。在某些实施例中,操作指令可以是用以减少电力消耗的指令。在这样的实施例中,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以动态地减少向一个或多个计算系统(图2的100)的电力输送,或者动态地减少一个或多个计算系统的电力消耗。在其它实施例中,操作指令可以是用以提供功率因数校正因子的指令。在这样的实施例中,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以动态地调整向一个或多个计算系统(图2的100)的电力输送,以实现期望的功率因数校正因子。在其它实施例中,操作指令可以是用以离线或断电的指令。在这样的实施例中,数据中心控制系统(图4的220)可以禁止向一个或多个计算系统(图2的100)的电力输送。
[0086]
照此,图9b示出了根据本发明的一个或多个实施例的使用仪表后电力950向灵活数据中心(图2的200)动态输送电力的方法。在步骤960中,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以监视仪表后电力可用性。在某些实施例中,监视可以包括从本地站控制系统(图4的410)或电网操作者(图4的440)接收与仪表后电力可用性对应的信息或操作指令。
[0087]
在步骤970中,数据中心控制系统(图4的220)或远程主控制系统(图4的420)可以确定何时满足数据中心斜降条件。在某些实施例中,当仪表后电力可用性不足或预期仪表
后电力可用性不足或者存在来自本地站的用以离线或降低电力的操作指令时,可以满足数据中心斜降条件。在步骤980中,数据中心控制系统(图4的220)可以禁止向一个或多个计算系统(图2的100)输送仪表后电力。在步骤990中,一旦斜降,数据中心控制系统(图4的220)就保持供电并且与远程主控制系统(图4的420)通信,从而使得其在条件改变时可以动态地向灵活数据中心(图2的200)供电。
[0088]
本领域普通技术人员将认识到的是,数据中心控制系统(图4的220)可以基于仪表后电源可用性或操作指令来动态地调制向灵活数据中心(图2的200)的一个或多个计算系统(图2的100)的电力输送。灵活数据中心(图2的200)可以在完全断电状态(同时数据中心控制系统保持通电)、完全通电状态以及之间的各种中间状态之间进行切换。此外,灵活数据中心(图2的200)可以具有停电状态,其中包括数据中心控制系统(图4的220)的所有电力消耗被停止。但是,一旦灵活数据中心(图2的200)进入停电状态,就必须手动地重新启动它以恢复数据中心控制系统(图4的220)的电力。本地站条件或操作指令可以导致灵活数据中心(图2中的200)斜升、降低电力消耗、改变功率因数或斜降。
[0089]
图10示出了根据本发明的一个或多个实施例的具有灵活数据中心(图2的200)和能量存储单元1010的电力分配方案1000。电力分配方案1000类似于图6和图7中所示的方案,其中增加了能量存储单元1010和ac电压1090。在图10中图示和/或描述的、与在图6和图7中图示和/或描述的组件或方面相似或相同的组件和方面应当被认为具有与先前图示和/或描述的相同的特征。
[0090]
电力生成单元1002生成仪表后电力,并且可以包括例如一个或多个风力涡轮机(图6的610),其具有在(图6的625)处收集的三相风力生成的ac电压(图6的620)。作为另一个示例,电力生成单元1002可以包括以下的全部:具有在(图7的)725处收集并提供(图7的730)给dc

ac逆变器(图7的740)的dc电压(图7的720)的一个或多个太阳能电池板(图7的710)。电力生成单元1002将诸如三相ac(图6的630或图7的750)之类的仪表后ac电压1020供应给ac

ac升压变压器1030。ac

ac升压变压器1030将高压ac电力1040供应给电网1050,并且可以将从这个源得到的电力认为是电网电力或计量电力。如在图6和图7中一样,可以利用ac到ac降压变压器1060来逐步降低三相电网ac电压1040,该ac到ac降压变压器1060被配置为产生提供给本地站1080的三相本地站ac电压1070。在可再生电力生成的情况下,电力生成单元1002通常将在间歇的基础上生成电力。
[0091]
可以将电网电力路由回到灵活数据中心200以作为ac电压1090,并将其用于为数据中心控制系统(图4的220)和/或多个计算系统(图3的100)供电。如关于图6和图7所描述的,灵活数据中心200可以连接到仪表后ac电压1020,并被配置为接收仪表后ac电压1020。
[0092]
能量存储单元1010也在仪表后封套1005内。能量存储单元1010是电网规模的能量存储系统,并且可以采取多种形式。例如,能量存储单元1010可以是电池系统、动力存储系统(例如,飞轮)、压缩气体存储系统、热力学存储系统或可以接受并返回仪表后ac电压1020并且可以为灵活数据中心200供应ac电压的任何其它系统。能量存储单元1010可以包括一个或多个单独的存储系统,它们一起形成能量存储单元1010。
[0093]
能量存储单元1010连接到仪表后ac电压1020,使得它可以存储来自电力生成单元1002的能量和/或将存储的电力分配给电网1050和/或灵活数据中心200。
[0094]
灵活数据中心200的数据中心控制系统(图4的220)可以被配置为选择性地将电力
从电力生成单元1002、能量存储单元1010和/或本地站1080中的任何一个单独地或同时组合地输送到仪表后电力输入系统(图4的210)。可替代地或附加地,远程主控制系统(图5的420)可以被配置为选择性地将电力从电力生成单元1002、能量存储单元1010和/或本地站1080中的任何一个单独地或同时组合地引导到仪表后电力输入系统(图4的210)。可替代地或附加地,能量存储控制系统(图11的1160)可以被配置为选择性地将电力从电力生成单元1002、能量存储单元1010和/或本地站1080中的任何一个单独地或同时组合地引导到仪表后电力输入系统(图4的210)。此外,能量控制系统(图11的1160)可以被配置为选择性地将电力从能量存储单元1010引导到电网1050。在任何情况下,将来自电力生成单元1002和能量存储单元1010的电力视为是仪表后的,并且将来自本地站1080的电力视为电网电力(即,计量电力)。
[0095]
图11示出了根据本发明的一个或多个实施例的具有灵活数据中心和能量存储单元的控制分配方案。控制分配方案1100类似于图4中所示的方案,其中添加了能量存储控制系统1160和附加的通信连接1120、1130、1140和1150。在图11中图示和/或描述的、与在图4中图示和/或描述的组件或方面相似或相同的组件和方面应当被认为具有与先前图示和/或描述的相同的特征。
[0096]
如图11中所示,并且先前关于图4描述的,数据中心控制系统220可以独立操作,或者与本地站控制系统410、远程主控制系统420和电网操作者440中的一个或多个协同操作,以调制向灵活数据中心200的电力输送。具体而言,可以基于条件或操作指令来动态地调整电力输送。
[0097]
能量存储控制系统1160可以通过相应的联网的或硬连线的连接1130、1120和1110与数据中心控制系统220、远程主控制系统420和/或本地站控制系统410通信。
[0098]
在一个实施例中,数据中心控制系统220可以单独地或与本地站控制系统410、远程主控制系统420和能量存储控制系统1160中的一个或多个协作地调制向灵活数据中心200的电力输送。具体而言,数据中心控制系统220可以选择性地引导从以下项到仪表后电力输入系统(图4中的210)的电力输送:(i)仅电力生成单元1002,(ii)仅能量存储单元1010,或(iii)电力生成单元1002和能量存储单元1010两者同时。在另一个实施例中,数据中心控制系统220可以选择性地引导从以下项到仪表后电力输入系统(图4中的210)的电力输送:(i)仅电力生成单元1002,(ii)仅能量存储单元1010,(iii)仅本地站1080,或(iv)这些源中的至少两个源的同时组合。在任一情况或所有情况下,数据中心控制系统220都可以通过发布指示控制系统相应地引导电力的指令来通过其它识别出的控制系统起作用。
[0099]
在另一个实施例中,远程主控制系统420可以单独地或与本地站控制系统410、数据中心控制系统220和能量存储控制系统1160中的一个或多个协作地调制向灵活数据中心200的电力输送。具体而言,远程主控制系统420可以选择性地引导从以下项到仪表后电力输入系统(图4中的210)的电力输送:(i)仅电力生成单元1002,(ii)仅能量存储单元1010,或(iii)电力生成单元1002和能量存储单元1010两者同时。在另一个实施例中,远程主控制系统420可以选择性地引导从以下项到仪表后电力输入系统(图4中的210)的电力输送:(i)仅电力生成单元1002,(ii)仅能量存储单元1010,(iii)仅本地站1080,或(iv)这些源中的至少两个源的同时组合。在任一情况或所有情况下,远程主控制系统420都可以通过发布指示控制系统相应地引导电力的指令来通过其它识别出的控制系统起作用。
[0100]
在另一个实施例中,能量存储控制系统1160可以单独地或与本地站控制系统410、数据中心控制系统220和远程主控制系统420中的一个或多个协作地调制向灵活数据中心200的电力输送。具体而言,能量存储控制系统1160可以选择性地引导从以下项到仪表后电力输入系统(图4中的210)的电力输送:(i)仅电力生成单元1002,(ii)仅能量存储单元1010,或(iii)电力生成单元1002和能量存储单元1010两者同时。在另一个实施例中,能量存储控制系统1160可以选择性地引导从以下项到仪表后电力输入系统(图4中的210)的电力输送:(i)仅电力生成单元1002,(ii)仅能量存储单元1010,(iii)仅本地站1080,或(iv)这些源中的至少两个源的同时组合。在任一情况或所有情况下,能量存储控制系统1160都可以通过发布指示控制系统相应地引导电力的指令来通过其它识别出的控制系统起作用。
[0101]
在另一个实施例中,能量存储控制系统1160可以选择性地启用从电力生成单元1002到能量存储单元1010的电力输送,以及(ii)选择性地启用从能量存储单元1010到灵活数据中心200的电力输送。此外,能量存储控制系统1160可以选择性地启用从能量存储单元1010到电网1050的电力输送。
[0102]
在一些实施例中,可以存在附加的网络或硬连线的通信连接1140和1150,以分别启用电网操作者440与数据中心控制系统220和远程主控制系统420之间的直接通信。这提供了用于命令和控制功能以及用于通信与被监视的电力系统条件有关的信息的附加的直接通信连接。可替代地,仍可以在控制系统之间间接地传递信息和指令。例如,电网操作者440可以经由本地站控制系统410向远程主控制系统420发送信号。
[0103]
在各种实施例中,可以在诸如能量存储控制系统1160、本地站控制系统410、数据中心控制系统220和远程主控系统420之类的控制系统之间传递操作指令和/或电力系统条件。也可以在电网操作者440与本地站控制系统410、数据中心控制系统220和远程主控制系统420之间和之中传递操作指令和/或电力系统条件。操作指令可以包括但不限于基于实际的仪表后电力可用性或预计的仪表后电力可用性的本地站指令、远程主控制指令、电网指令、可调度性指令、预测指令、工作负载指令。可以由控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个监视的电力系统条件可以包括,但不限于,本地站等级的过量本地电力生成、电网不能接收的过量本地电力生成、经受经济削减的本地电力生成、经受可靠性削减的本地电力生成、经受功率因数校正的本地电力生成、低本地电力生成、启动本地电力生成情况、暂态本地电力生成情况,或测试本地电力生成情况,其中使用本地的仪表后电力生成存在经济优势。
[0104]
图12示出了根据本发明的一个或多个实施例的使用仪表后电力向灵活数据中心的动态电力输送的方法。在步骤1210,一个或多个控制系统(诸如能量存储控制系统1160、本地站控制系统410、数据中心控制系统220和/或远程主控制系统420)可以监视一个或多个电力系统条件,诸如以上所述的条件。可以从控制系统220、420、410和/或1160、电网操作者440或从其它源(诸如传感器或市场信息服务)获得、请求或发送与电力系统条件有关的信息。此外,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个可以通过聚合信息和/或计算、确定、推断或预测电力系统条件来确定一个或多个电力系统条件。
[0105]
在步骤1220,一个或多个控制系统220、420、410和/或1160可以基于一个或多个被监视的电力系统条件和/或来自另一个控制系统220、420、410和/或1160或电网操作者440的操作指令来确定存在灵活数据中心斜坡条件。这可以是会导致数据中心200的电力利用
增加的斜升条件,或者是会导致数据中心200的电力利用降低的斜降条件。
[0106]
在斜升条件下,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个将单独地或与控制系统220、420、410和/或1160中的另一个相结合来起作用,以选择用以向灵活数据中心200的计算系统100供应电力或附加电力的一个或多个能源(诸如电力生成单元1002、能量存储单元1010或本地站1080)。该选择可以基于,但不限于,在一种或多种能源处的电力可用性、经济指标、一种或多种操作指令和/或电力系统条件。可以将从电力生成单元1002或能量存储单元1010选择的能量认为是仪表后电力,而将从本地站1080选择的能量认为是电网(即,计量)电力。如前所述,由于与电力和/或其它因素(诸如完成功率因数校正和减少电网拥塞的能力)相关联的降低的成本,选择仪表后电力优于选择电网电力。
[0107]
在选择一个或多个能源之后,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个将单独地或与控制系统220、420、410和/或1160中的另一个相结合来起作用,以将电力从(一个或多个)能源引导到灵活数据中心200的一个或多个计算系统100,如步骤1240、1250和/或1260中所示。优选地,然后控制系统220和/或420(但是潜在地可以是控制系统1160和/或410)将会指示灵活数据中心200的计算系统100中的一个或多个执行计算操作,如步骤1270中所示。
[0108]
然后,在步骤1275,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个可以单独地或与控制系统220、420、410和/或1160中的另一个相结合来间歇地、周期性地或连续地监视能源。响应于在监视或操作指令期间获得的信息,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个可以单独地或与控制系统220、420、410和/或另一个一起起作用,以便在计算系统100继续执行计算操作时选择新的能源或能源的组合。
[0109]
作为一个示例,能量存储控制系统1160可以选择能量存储单元1010用于电力供应,并且数据中心控制系统220可以单独或与能量存储控制系统1160相结合来启用仪表后电力并将其从能量存储单元1010引导到仪表后电力输入系统210,其中电力将被输送到一个或多个计算系统100。当能量存储单元1010变为耗尽时,能量存储控制系统1160可以单独地或与数据中心控制系统220相结合来切换到来自电力生成单元1002或本地站1080的电力输送。其它组合也是可能的。
[0110]
与对能源的任何监视并行地,在1210处,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个可以继续监视电力系统条件。再次查看步骤1220,一个或多个控制系统220、420、410和/或1160可以基于一个或多个被监视的电力系统条件和/或来自另一个控制系统220、420、410和/或1160或电网操作者440的操作指令来确定存在灵活数据中心斜降条件。在斜降条件下,在步骤1280处,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个将单独地或与控制系统220、420、410和/或1160中的另一个相结合来起作用,以指示一个或多个计算系统100停止计算操作,或者可替代地减慢计算操作,以便降低功耗。在步骤1290处,然后,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个可以单独地或与控制系统220、420、410和/或1160中的另一个相结合来起作用,以禁用从一个或多个能源到一个或多个计算系统100的电力输送。
[0111]
与该方法的其它步骤并行地或在该方法的其它步骤之间,控制系统220、420、410和/或1160中的一个或多个可以单独地或与控制系统220、420、410和/或1160中的另一个相结合来起作用,以在步骤1215处确定能量存储条件。能量存储条件可以基于来自电力生成
单元1002的电力可用性、能量存储单元1010中的能量等级、电力系统条件和操作指令,或者前述的任何组合。能量存储控制系统1160可以单独地或与其它控制系统220、420、410相结合来确定应当将来自电力生成单元1002的仪表后电力存储或不存储在能量存储单元1010中。然后,在适当的步骤1225或1235处,然后能量存储控制系统1160可以单独地或与其它控制系统220、420、410相结合来启用或禁用向能量存储单元的仪表后电力输送。
[0112]
本发明的一个或多个实施例的优点可以包括以下一个或多个:
[0113]
本发明的一个或多个实施例提供了对两个突出问题的绿色解决方案:增长的区块链操作所需的电力的指数级增加以及从可再生能源生成的、未利用的和通常被浪费的能源。
[0114]
本发明的一个或多个实施例允许将移动数据中心快速部署到本地站。移动数据中心可以被部署在电力生成源附近的场所,并在未利用的仪表后电力可用时接收该电力。
[0115]
本发明的一个或多个实施例允许基于条件或从本地站或电网操作者接收的操作指令来调制到数据中心的电力输送。
[0116]
本发明的一个或多个实施例可以通过斜升、斜降或调整灵活数据中心内的一个或多个计算系统的电力消耗来动态地调整电力消耗。
[0117]
本发明的一个或多个实施例可以由免于传输和分配成本的仪表后电力供电。照此,灵活数据中心可以以很少的能量成本或没有能量成本来执行计算操作,诸如散列函数操作。
[0118]
本发明的一个或多个实施例为托管本地站提供了许多优势。本地站可以使用灵活数据中心来调整负载、提供功率因数校正、卸载电力或以调用生产税收抵免和/或生成增量收入的方式进行操作。
[0119]
本发明的一个或多个实施例允许当灵活数据中心不能充分利用过量生成的仪表后电力时将仪表后电力继续分流到存储解决方案中。
[0120]
本发明的一个或多个实施例在灵活数据中心可以操作但不存在过量生成的仪表后电力的情况下允许继续使用所存储的仪表后电力。
[0121]
本领域技术人员还将认识到的是,除了提高了在控制从间歇性生成源(诸如风力发电场和太阳能电池板阵列)到稳压电网的电力输送中的效率之外,本发明还在本文所述的技术特征的实施方式中提供了对这样的电网的更经济高效的控制和稳定性。
[0122]
虽然已经针对上述实施例描述了本发明,但是受益于本公开的本领域技术人员将认识到,可以设计出在本文所公开的本发明的范围内的其它实施例。因此,本发明的范围应仅由所附权利要求书所限制。

技术特征:
1.一种系统,包括:能量存储单元,其被配置为接收和存储来自电力生成单元的电力,其中所述电力生成单元在间歇的基础上生成电力;以及灵活数据中心,其包括:仪表后电力输入系统,其被配置为从所述电力生成单元和所述能量存储单元接收电力;电力分配系统;数据中心控制系统;以及多个计算系统,其中所述数据中心控制系统被配置为基于一个或多个被监视的电力系统条件或操作指令来调制向所述多个计算系统的电力输送。2.如权利要求1所述的系统,其中所述操作指令包括本地站指令、远程主控制指令或电网指令中的一个或多个。3.如权利要求1所述的系统,其中所述操作指令包括可调度性指令、预测指令或工作负载指令中的一个或多个,每个指令基于实际的仪表后电力可用性或预计的仪表后电力可用性。4.如权利要求1所述的系统,其中被监视的电力系统条件包括以下一项或多项:本地站等级的过量本地电力生成、电网不能接收的过量本地电力生成、经受经济削减的本地电力生成、经受可靠性削减的本地电力生成、经受功率因数校正的本地电力生成、低本地电力生成、启动本地电力生成情况、暂态本地电力生成情况、测试本地电力生成情况或使用本地的仪表后电力生成存在经济优势。5.如权利要求1所述的系统,其中所述仪表后电力输入系统还被配置为从本地站接收电力。6.如权利要求1所述的系统,其中所述数据中心控制系统还被配置为选择性地引导从以下项到所述仪表后电力输入系统的电力输送:(i)仅所述电力生成单元,(ii)仅所述能量存储单元,或(iii)所述电力生成单元和所述能量存储单元两者同时。7.如权利要求5所述的系统,其中所述数据中心控制系统还被配置为选择性地引导从以下项到所述仪表后电力输入系统的电力输送:(i)仅所述电力生成单元,(ii)仅所述能量存储单元,(iii)仅所述本地站,或(iv)选自包括所述电力生成单元、所述能量存储单元和所述本地站的组的至少两个源的同时组合。8.如权利要求1所述的系统,还包括远程主控制系统,其中所述远程主控制系统被配置为选择性地引导从以下项到所述仪表后电力输入系统的电力输送:(i)仅所述电力生成单元,(ii)仅所述能量存储单元,或(iii)所述电力生成单元和所述能量存储单元两者同时。9.如权利要求5所述的系统,还包括远程主控制系统,其中所述远程主控制系统被配置为选择性地引导从以下项到所述仪表后电力输入系统的电力输送:(i)仅所述电力生成单元,(ii)仅所述能量存储单元,(iii)仅所述本地站,或(iv)选自包括所述电力生成单元、所述能量存储单元和所述本地站的组的至少两个源的同时组合。10.如权利要求1所述的系统,还包括能量存储控制系统,所述能量存储控制系统被配置为:(i)选择性地启用从所述电力生成单元到所述能量存储单元的电力输送;以及(ii)选
择性地启用从所述能量存储单元到所述灵活数据中心的电力输送。11.一种方法,包括:确定满足灵活数据中心斜升条件;以及基于确定满足所述灵活数据中心斜升条件:(a)从两个或更多个仪表后能源的组中选择一个或多个仪表后能源,以用于向灵活数据中心中的一个或多个计算系统的仪表后电力输送,(b)启用从所选择的一个或多个仪表后能源向所述灵活数据中心中的所述一个或多个计算系统的仪表后电力输送,以及(c)指示所述灵活数据中心中的所述一个或多个计算系统执行计算操作。12.如权利要求11所述的方法,其中所述两个或更多个仪表后能源的组包括间歇性的电力生成单元和能量存储单元。13.如权利要求12所述的方法,其中所述两个或更多个仪表后能源的组还包括本地站。14.如权利要求12所述的方法,还包括:确定能量存储条件;并且基于所确定的能量存储条件:(i)启用从所述电力生成单元到所述能量存储单元的仪表后电力输送,或者(ii)禁用从所述电力生成单元到所述能量存储单元的仪表后电力输送。15.如权利要求11所述的方法,其中确定满足灵活数据中心斜升条件包括:监视可用的仪表后电力的量;以及确定所述可用的仪表后电力的量超过阈值。16.如权利要求11所述的方法,其中确定满足灵活数据中心斜升条件包括:监视电力生成削减信号;以及确定已经接收到所述电力生成削减信号。17.如权利要求11所述的方法,其中确定满足灵活数据中心斜升条件包括:监视本地电力生成的功率因数;以及确定所述功率因数低于阈值。18.如权利要求11所述的方法,其中确定满足灵活数据中心斜升条件包括接收到指示所述灵活数据中心进行斜升的操作指令。19.如权利要求11所述的方法,其中确定满足灵活数据中心斜升条件包括确定没有接收到指示所述灵活数据中心不进行斜升的操作指令。20.如权利要求11所述的方法,还包括:确定满足数据中心斜降条件;以及基于确定满足所述数据中心斜降条件:(a)指示所述灵活数据中心中的一个或多个计算系统停止计算操作,以及(b)禁用从所述一个或多个仪表后能源向所述灵活数据中心中的所述一个或多个计算系统的仪表后电力输送。
技术总结
一种系统包括灵活数据中心和能量存储单元,该能量存储单元接收和存储来自一个或多个电网规模的电力生成单元的电力。能量存储单元和灵活数据中心在仪表后连接到(一个或多个)电力生成单元,使得它们通常不经受电网传输和分配费用。通过各种方法,基于各种条件和操作指令在(一个或多个)电力生成单元、能量存储单元、灵活数据中心和/或电网之间路由仪表后电力。力。力。


技术研发人员:M.T.麦克纳马拉 D.J.亨森 R.E.小克莱因
受保护的技术使用者:兰西姆有限责任公司
技术研发日:2019.09.13
技术公布日:2021/6/29

转载请注明原文地址:https://doc.8miu.com/read-358.html

最新回复(0)