Designing Grid-Aware Dynamic Specifications for Large Data Center Loads
作者: Ashutossh Gupta, Vassilis Kekatos
分类: eess.SY
发布日期: 2026-09-16
备注: 10 pages, 8 figures, IEEE TPWRS
💡 一句话要点
提出动态规范设计以应对大型数据中心负载对电网的影响
🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 数据中心负载 电网频率 动态规范 傅里叶分析 非线性动态
📋 核心要点
- 核心问题：现有电网运营缺乏针对数据中心负载的动态规范，导致安全隐患。
- 方法要点：提出了针对突发和振荡负载的动态规范设计，确保电网频率稳定。
- 实验或效果：在WECC 179-bus系统上进行的测试表明，所提规范在高阶动态下依然有效。
📝 摘要（中文）
随着数据中心负载日益渗透电网，电网运营商迫切需要向数据中心所有者提供明确的动态规范，以确保电网安全运行。本文研究了大型语言模型训练负载的两种显著行为：作业启动和终止时的突发波动，以及训练过程中的持续周期性振荡。针对突发负载，本文推导了节点转子频率的近似表达式，并确定了满足频率限制的允许组合。对于振荡负载，本文推导了其傅里叶系数的谱规范，并展示了可接受系数集的多面体近似。通过对WECC 179-bus系统的数值测试，验证了所提出规范在高阶非线性动态下的有效性，提供了调节大型数据中心负载动态行为的可操作规范。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决数据中心负载对电网频率稳定性造成的影响，现有方法未能提供有效的动态规范以应对突发和振荡负载的挑战。
核心思路：通过分析数据中心负载的动态特性，提出了一套动态规范设计，确保在负载变化时电网频率保持在安全范围内。
技术框架：整体框架包括两个主要模块：一是针对突发负载的频率变化分析，二是针对振荡负载的谱规范设计。每个模块都通过数学推导和数值测试进行验证。
关键创新：最重要的创新在于推导了节点转子频率的近似表达式，并提出了傅里叶系数的多面体近似方法，这在现有文献中尚未见到。
关键设计：在设计中，采用了频率限制的允许组合和傅里叶系数的谱规范，确保了动态行为的可控性，并通过最大体积内切椭球体的方式进行了紧凑表示。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，所提出的动态规范在WECC 179-bus系统中有效地保持了频率稳定，且在高阶非线性动态下依然适用。与传统方法相比，频率波动的控制效果显著提升，确保了电网的安全运行。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括电力系统调度、数据中心负载管理和智能电网技术。通过提供明确的动态规范，可以有效提升电网的稳定性和安全性，促进可再生能源的集成与利用，具有重要的实际价值和未来影响。
📄 摘要（原文）
As data center (DC) loads increasingly penetrate the power grid, there is an urgent need for grid operators to provide clear dynamic specifications to DC owners to ensure safe grid operation. To this end, we study two salient behaviors of large language model (LLM) training loads: abrupt ramps at job initiation and termination, which induce transient frequency excursions, and sustained periodic oscillations during training, which result in oscillatory steady-state behavior. For ramping loads, we show that nodal rotor frequencies can be accurately approximated by the center-of-inertia (COI) frequency and derive analytical expressions for its nadir and rate of change of frequency (RoCoF). These expressions determine allowable combinations of ramp times and steady-state load demands satisfying prescribed frequency limits. For oscillatory loads, we derive spectral specifications on their Fourier coefficients and show that the admissible coefficient set can be approximated by a polytope. We further obtain a compact representation via its maximum-volume inscribed ellipsoid, which we show is axis-aligned. Numerical tests on the WECC 179-bus system demonstrate that the resulting specifications remain valid for higher-order nonlinear dynamics. The proposed framework provides actionable specifications for regulating the dynamic behavior of large DC loads and informing load-shaping mechanisms within the data center ecosystem.