CN105762926A - 一种数据中心用组合式配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心用组合式配电系统，所述配电系统由多个配电模块相互连接构成；配电模块由市电电源、柴油发电机组、集装箱式变配电单元、集装箱式UPS配电单元组成；市电电源、柴油发电机组与集装箱式变配电单元的进线端相连接；集装箱式变配电单元的出线端与集装箱式UPS配电单元的进线端相连接；集装箱式UPS配电单元的出线端与主机房连接。本发明可以通过自由组合的方式搭建不同冗余方式的配电架构,方便灵活。实现了各配电单元的产品化生产，现场只需设置基础底座就可以快速安装，从而实现数据中心不同Tier等级的配电变换，简化设计，快速部署，降低总体建造成本和安装时间，具有很强的系统灵活性。

Description

一种数据中心用组合式配电系统

技术领域

本发明涉及一种配电系统，尤其涉及一种数据中心用组合式配电系统。

背景技术

数据中心的行业特点是更新周期短，因此对配电系统需求有一定的特殊性。数据中心的配电系统按照不同的等级对应着不同的冗余架构。数据中心的更新有些是规模上的扩容，也有些是Tier等级的提升。因此数据中心的配电需要更加容易和低成本的实现不同冗余方式之间的转换和数据中心不同Tier等级之间的配电变换。

现有的配电系统主要以订制化程度较高的传统设计为主，具有以下缺点：首先，一个配电方案决定之后，若想修改需要付出很大的代价，尤其是冗余方式变化，几乎是颠覆性的变化，给项目造成了工期的拖延和成本的增加；其二，有些数据中心根据业务情况在几年以后需要提升等级，那么订制化配电方案几乎无法满足这种情况的改造需求；其三，订制化配电方案在配合设备采购，工程报价等方面处于劣势。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种数据中心用组合式配电系统。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种数据中心用组合式配电系统，所述配电系统由多个配电模块相互连接构成；配电模块由市电电源、柴油发电机组、集装箱式变配电单元、集装箱式UPS配电单元组成；市电电源、柴油发电机组与集装箱式变配电单元的进线端相连接；集装箱式变配电单元的出线端与集装箱式UPS配电单元的进线端相连接；集装箱式UPS配电单元的出线端与主机房连接；配电模块分别组成“N+1”系统冗余、分布式冗余、“2N”系统冗余三种结构与多个主机房相连接；

其中，“N+1”系统冗余结构包括N个配电模块和一个公共备用配电模块，其中N与主机房的个数相等，N个配电模块内的每个配电模块分别与对应的主机房相连接，为对应的主机房提供主用电源；公共备用配电模块再分别与每个主机房相连接，为每个主机房提供备用电源；

分布式冗余结构包括多个与主机房个数相等的配电模块，多个配电模块依次排列；多个配电模块之间互为备用，每个配电模块分别与对应的主机房一一对应连接，后一个配电模块再分别与相邻的前一个主机房相连接，依次连接直到最后一个主机房与第一个配对模块相连接；

“2N”系统冗余结构包括N组配电模块组，每组配电模块组内设置两个配电模块，其中主机房的个数为N个，与配电模块组的个数相等；每组配电模块组内的两个配电模块分别与对应的主机房相连接，为其提供主用电源和备用电源。

集装箱变配电单元的箱体内设置有12KV金属封闭开关设备、干式变压器、低压配电柜；12KV金属封闭开关设备与干式变压器的进线端连接；干式变压器通过低压侧的母线接头与低压配电柜的低压母线相连接；集装箱式UPS配电单元的箱体内设置有多个低压配电柜、多个UPS主机和多组电池；UPS主机分别与对应的电池组相连接，低压配电柜与UPS主机的电源进线端相连接，UPS主机的出线端与UPS出线柜相连接,UPS出线柜与末端负载相连接。

“N+1”系统冗余结构包括三个配电模块和一个公共备用配电模块；三个配电模块分别为第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块；一个公共备用配电模块为第四配电模块；第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块分别与对应的第一主机房、第二主机房、第三主机房相连接，第四配电模块分别与第一主机房、第二主机房、第三主机房相连接。

分布式冗余结构包括四个配电模块，分别为第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块、第四配电模块；第一配电模块至第四配电模块分别与对应的第一主机房、第二主机房、第三主机房、第四主机房相连接；第二配电模块与第一主机房相连接，第三配电模块与第二主机房相连接，第四配电模块与第三主机房相连接，第一配电模块与第四主机房相连接。

“2N”系统冗余结构包括两组配电模块组和两个主机房；第一组配电模块组内设置两个配电模块，分别为第一配电模块、第二配电模块；第二组配电模块组内设置有两个配电模块，分别为第三配电模块、第四配电模块；第一配电模块、第二配电模块均与对应的主机房A连接；第三配电模块、第四配电模块均与对应的主机房B相连接。

集装箱变配电单元和集装箱式UPS配电单元的箱体内均设置有空调系统、消防系统、照明系统、电力监控系统、消防报警系统和防雷接地系统；箱体的一侧设置有配电箱；配电箱为空调系统、消防报警系统、照明系统、电力监控系统提供电源。

本发明可以通过自由组合的方式搭建不同规模,不同冗余方式的配电架构,方便灵活。现场只需设置基础底座就可以快速安装，通过管线的连接可以快速地搭建系统，实现了各配电单元的产品化生产和数据中心不同Tier等级的配电变换，简化设计，快速部署，降低总体建造成本和安装时间，具有很强的系统灵活性。

附图说明

图1是本发明“N+1”系统冗余的结构示意框图。

图2是本发明分布式冗余的结构示意框图。

图3是本发明“2N”系统冗余的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～图3所示，本发明由多个配电模块相互连接构成；其中，配电模块由市电电源、柴油发电机组、集装箱式变配电单元、集装箱式UPS配电单元组成；市电电源、柴油发电机组与集装箱式变配电单元的进线端相连接；集装箱式变配电单元的出线端与集装箱式UPS配电单元的进线端相连接；集装箱式UPS配电单元的出线端与主机房连接；

集装箱变配电单元的箱体内设置有12KV金属封闭开关设备、干式变压器、低压配电柜；12KV金属封闭开关设备与干式变压器的进线端连接；干式变压器通过低压侧的母线接头与低压配电柜的低压母线相连接；集装箱式UPS配电单元的箱体内设置有多个低压配电柜、多个UPS主机和多组电池；UPS主机分别与对应的电池组相连接，低压配电柜与UPS主机的电源进线端相连接，UPS主机的出线端与UPS出线柜相连接,UPS出线柜与末端负载相连接。

本发明配电模块具体的功能分配如下：市电电源：市政电网输入的电力；集装箱式变配电单元：将中压市电转变为低压，承上启下；集装箱式UPS配电单元：为数据中心提供不间断电源，保证关键负载在市电故障时连续运行；柴油发电机组：为市电电源提供备用电源，当市电故障时，柴油发电机组负责整个系统的供电。

本发明以配电模块为基本的构建单元，可以搭配连接多个不同的冗余组合方式，例如“N+1”系统冗余、分布式冗余和“2N”系统冗余，下面就这三种组合方式具体说明。

其中，“N+1”系统冗余结构包括N个配电模块和一个公共备用配电模块，N与主机房的个数相等，N个配电模块内的每个配电模块分别与对应的主机房相连接，为对应的主机房提供主用电源；公共备用配电模块再分别与每个主机房相连接，为每个主机房提供备用电源。

如图1所示，本实施例的“N+1”系统冗余结构包括三个配电模块和一个公共备用配电模块；三个配电模块分别为第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块；一个公共备用配电模块为第四配电模块；第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块分别与对应的第一主机房、第二主机房、第三主机房相连接，第四配电模块分别与第一主机房、第二主机房、第三主机房相连接。这样，第四配电模块作为第一配电模块至第三配电模块的公共备用模块，可以为三个机房的IT设备供电，每个机房的主用电源分别来自本模块,备用电源来自公共备用模块。例如：第一主机房的主用电源来自第一配电模块，备用电源来自第四配电模块；第二主机房的主用电源来自第二配电模块，备用电源来自第四配电模块；第三主机房的主用电源来自第三配电模块，备用电源来自第四配电模块。这样，当第一配电模块至第三配电模块中有任何一个配电模块故障,那么第四配电模块均可以提供电源给对应的主机房。

分布式冗余结构包括多个与主机房个数相等的配电模块，多个配电模块依次排列；多个配电模块之间互为备用，每个配电模块分别与对应的主机房一一对应连接，后一个配电模块再分别与相邻的前一个主机房相连接，依次连接直到最后一个主机房与第一个配对模块相连接。

如图2所示，本实施例的分布式冗余结构包括四个配电模块，分别为第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块、第四配电模块；第一配电模块至第四配电模块分别与对应的第一主机房、第二主机房、第三主机房、第四主机房相连接；第二配电模块与第一主机房相连接，第三配电模块与第二主机房相连接，第四配电模块与第三主机房相连接，第一配电模块与第四主机房相连接。这样，每个机房均由两路电源供电,一路电源来自本模块,另一路电源来自相邻的模块。如第一主机房的其中一路电源来自第一配电模块，另一路电源来自第二配电模块；第二主机房的其中一路电源来自第二配电模块，另一路电源来自第三配电模块；第三主机房的其中一路电源来自第三配电模块，另一路电源来自第四配电模块；第四主机房的其中一路电源来自第四配电模块，另一路电源来自第一配电模块。正常运行时，配电模块之间互为备用，理论上每一个配电模块负荷率最大不超过66.7%。

“2N”系统冗余结构包括N组配电模块组，每组配电模块组内设置两个配电模块，其中主机房的个数为N个，与配电模块组的个数相等；每组配电模块组内的两个配电模块分别与对应的主机房相连接，为其提供两路电源，即主用电源和备用电源。

如图3所示，本实施例的“2N”系统冗余结构包括两组配电模块组和两个主机房；第一组配电模块组内设置两个配电模块，分别为第一配电模块、第二配电模块；第二组配电模块组内设置有两个配电模块，分别为第三配电模块、第四配电模块；第一配电模块、第二配电模块均与对应的主机房A连接；第三配电模块、第四配电模块均与对应的主机房B相连接。其中，第一配电模块和第二配电模块组成一个“2N”系统，为主机房A提供两路电源；第三配电模块和第四配电模块组成一个“2N”系统，为主机房B提供两路电源。正常情况下第一配电模块和第二配电模块各负担主机房A的50%负荷；第三配电模块和第四配电模块各负担主机房B的50%负荷。

图1至图3的配电模块数量是相同的，即基础设施相同，仅仅通过不同的电气接线方式（见虚线）就可以获得不同的电气系统冗余架构。使得整个系统架构清晰，逻辑关系明确，容易对整个系统的可靠性进行分析。并且相同规格，相同种类的子系统可以通用，可将配电模块看作“插拔式”设备。集装箱变配电单元和集装箱式UPS配电单元的箱体内均设置有空调系统、消防报警系统、照明系统、电力监控系统和防雷接地系统；箱体的一侧设置有配电箱；配电箱为空调系统、消防报警系统、照明系统、电力监控系统提供电源。

本发明和附图只是具体列出四个配电模块的连接方式，实际上配电模块可根据具体要求设置多个。不同数量选择不同规格，组合成不同规模的架构,如（2+1，3+1，4+1，4+2……N+X）。这样仅仅通过末端负载的接线方式不同便可以获得不同的冗余架构，对应不同等级的数据中心。由此可见，当数据中心运行一段时间后如果想改变等级，就可以通过改变负载端接线方式而轻而易举的实现。

本发明将每个配电模块以一个完整“设备”的形式进行采购配合，报价的配合，技术评标等，无需对子系统内部每个设备进行采购配合，省去了四分之三的时间。采用集装箱组合式配电系统，便于管理、运输和适应野外环境，有利于将变配电系统产品化，模块化，标准化，批量生产。大部分工作（安装，测试）在工厂完成，现场安装只需将各种集装箱式配电单元安装到设备基础，进出口管线连接以及电气的接线工作，大大减少现场工作量和安装时间。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种数据中心用组合式配电系统，其特征在于：所述配电系统由多个配电模块相互连接构成；所述配电模块由市电电源、柴油发电机组、集装箱式变配电单元、集装箱式UPS配电单元组成；所述市电电源、柴油发电机组与集装箱式变配电单元的进线端相连接；所述集装箱式变配电单元的出线端与集装箱式UPS配电单元的进线端相连接；所述集装箱式UPS配电单元的出线端与主机房连接；所述配电模块分别组成“N+1”系统冗余、分布式冗余、“2N”系统冗余三种结构与多个主机房相连接；

所述“N+1”系统冗余结构包括N个配电模块和一个公共备用配电模块，其中N与主机房的个数相等，N个配电模块内的每个配电模块分别与对应的主机房相连接，为对应的主机房提供主用电源；所述公共备用配电模块再分别与每个主机房相连接，为每个主机房提供备用电源；

所述分布式冗余结构包括多个与主机房个数相等的配电模块，多个配电模块依次排列；所述多个配电模块之间互为备用，每个配电模块分别与对应的主机房一一对应连接，后一个配电模块再分别与相邻的前一个主机房相连接，依次连接直到最后一个主机房与第一个配对模块相连接；

所述“2N”系统冗余结构包括N组配电模块组，每组配电模块组内设置两个配电模块，其中主机房的个数为N个，与配电模块组的个数相等；所述每组配电模块组内的两个配电模块分别与对应的主机房相连接，为其提供主用电源和备用电源。

2.根据权利要求1所述的数据中心用组合式配电系统，其特征在于：所述集装箱变配电单元的箱体内设置有12KV金属封闭开关设备、干式变压器、低压配电柜；12KV金属封闭开关设备与干式变压器的进线端连接；所述干式变压器通过低压侧的母线接头与低压配电柜的低压母线相连接；所述集装箱式UPS配电单元的箱体内设置有多个低压配电柜、多个UPS主机和多组电池；所述UPS主机分别与对应的电池组相连接，所述低压配电柜与UPS主机的电源进线端相连接，所述UPS主机的出线端与UPS出线柜相连接,UPS出线柜与末端负载相连接。

3.根据权利要求1所述的数据中心用组合式配电系统，其特征在于：所述“N+1”系统冗余结构包括三个配电模块和一个公共备用配电模块；三个配电模块分别为第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块；一个公共备用配电模块为第四配电模块；所述第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块分别与对应的第一主机房、第二主机房、第三主机房相连接，所述第四配电模块分别与第一主机房、第二主机房、第三主机房相连接。

4.根据权利要求1所述的数据中心用组合式配电系统，其特征在于：所述分布式冗余结构包括四个配电模块，分别为第一配电模块、第二配电模块、第三配电模块、第四配电模块；所述第一配电模块至第四配电模块分别与对应的第一主机房、第二主机房、第三主机房、第四主机房相连接；所述第二配电模块与第一主机房相连接，第三配电模块与第二主机房相连接，第四配电模块与第三主机房相连接，第一配电模块与第四主机房相连接。

5.根据权利要求1所述的数据中心用组合式配电系统，其特征在于：所述“2N”系统冗余结构包括两组配电模块组和两个主机房；第一组配电模块组内设置两个配电模块，分别为第一配电模块、第二配电模块；第二组配电模块组内设置有两个配电模块，分别为第三配电模块、第四配电模块；所述第一配电模块、第二配电模块均与对应的主机房A连接；第三配电模块、第四配电模块均与对应的主机房B相连接。

6.根据权利要求1所述的数据中心用组合式配电系统，其特征在于：所述集装箱变配电单元和集装箱式UPS配电单元的箱体内均设置有空调系统、消防系统、照明系统、电力监控系统、消防报警系统和防雷接地系统；所述箱体的一侧设置有配电箱；所述配电箱为空调系统、消防报警系统、照明系统、电力监控系统提供电源。