CN106300325A - 一种用于数据中心的直流供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于数据中心的直流供电系统，包括第一交流电网(1)、固态变压器(3)、一套UPS系统(9)、若干IT负载(7)、若干风扇负载(8)以及一个直流供电系统；正常情况下，IT负载(7)和风扇负载(8)由第一交流电网(1)经高压直流母线(4)供电，储能电池(12)进行充电，当第一交流电网(1)或高压直流母线(4)发生故障而无法供电的情况下，储能电池(12)实现IT负载(7)和风扇负载(8)的不间断供电。与现有技术相比，本发明于大幅度降低了变压器体积和配电线体积及成本；便于可再生能源高效灵活接入，并进一步提高了电能利用率；系统配置灵活，有利于大幅度降低电池充放电损耗，并提高数据中心供电系统效率。

Description

一种用于数据中心的直流供电系统
技术领域
本发明数据中心建设领域，特别是涉及一种用于数据中心的直流供电系统。
背景技术
随着IT技术的进步和智能终端设备的普及，采用云计算技术的数据中心的建设数量和规模都需要大幅增加，数据中心的动力平台作为基础建设中的关键环节，从某种程度上决定了数据中心的安全运营和可用性。不但如此，动力平台环保节能也是降低机房PUE指标、实现节能减排的重要支撑。对于广大数据中心建设者和管理者而言，采用何种供电解决方案，用什么样的电压等级供电，前期的规划是否合理非常关键，既要符合“绿色IT”的大环境要求，又要确保数据中心的稳定可靠运行。为了实现快速建设、平滑扩容、方便维护，模块化数据中心日益被业界特别是业务急速发展的IT公司所接受。
但现有的直流供电系统存在UPS供电效率偏低、太阳能等可再生能源接入困难、使用效率较低以及单一直流母线无法兼顾线路损耗和电池单体电压等问题。
发明内容
基于现有技术，本发明提出了一种用于数据中心的直流供电系统，利用中压交流电直接输入到安放在室内的固态变压器，同时高压直流电进行室内的供电分配，高压直流母线接入可再生能源发电系统或其他分布式电源，并将UPS配置在低压直流母线上，解决提高数据中心供电系统效率和可再生能源接入能力及使用效率，并提高UPS供电效率的技术问题。
本发明的一种用于数据中心的直流供电系统，该系统至少包括第一交流电网1、固态变压器3、一套UPS系统9、若干IT负载7、若干风扇负载8以及一个直流供电系统；其中：
所述直流供电系统包括中压交流母线2、固态变压器3、高压直流母线4、直流电压转换模块5、低压直流母线6、及UPS系统9；所述UPS系统9包括储能充放电控制器10、第二交流电网11以及储能电池12，并且连接至低压直流母线6；
所述第一交流电网1经中压交流母线2连接固态变压器3，再经高压直流母线4连接直流电压转换模块5，正常情况下，IT负载7和风扇负载8由第一交流电网1经高压直流母线4提供系统供电，储能电池12则由第二交流电网11通过储能充放电控制器10进行充电，保证储能电池的能量处于所需状态；
当第一交流电网1或高压直流母线4发生故障而无法供电的情况下，储能电池12通过储能充放电控制器10释放能量至低压直流母线6，从而实现IT负载7和风扇负载8的不间断供电。即：第二交流电网11和储能电池12同时通过储能充放电控制器10给低压直流母线6供电。
所述系统还包括连接高压直流母线4的可再生能源发电系统13或分布式电源14，当第一交流电网1发生故障而无法供电的情况下，经高压直流母线4提供系统供电。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明将中压交流电直接输入至安放在室内的固态变压器中，同时利用高压直流电进行整体供电分配，大幅度降低了变压器体积和配电线体积及成本；
2、本发明利用高压直流母线接入可再生能源发电系统或其他分布式电源，便于可再生能源高效灵活接入，并进一步提高了电能利用率；
3、本发明将UPS配置在低压直流母线上，系统配置灵活，有利于大幅度降低电池充放电损耗，并提高数据中心供电系统效率。
附图说明
图1是本发明的直流供电系统结构示意图；
附图标记：1、第一交流电网，2、中压交流母线，3、固态变压器，4、高压直流母线，5、直流电压转换模块，6、低压直流母线，7、IT负载(CPU等负载)，8、风扇等负载(散热)，9、UPS系统，10、储能充放电控制器，11、第二交流电网，12、储能电池，13、再生能源发电系统，14、分布式电源；
图2是本发明的直流供电系统走线及配电示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明所涉及的数据中心直流供电系统的较佳实施方案包括第一、第二交流电网1和11、若干IT设备7、若干风扇8及直流供电系统，其中：
直流供电系统的较佳实施方案包括中压交流母线2、固态变压器3、高压直流母线4、直流电压转换模块5、低压直流母线6、可再生能源发电系统13、分布式电源14及UPS系统9。本实施方案中，固态变压器3与中压交流母线2相连，其中：中压交流母线2电压在1kV-10kV之间，固态变压器3通过AC/DC功率变换(可能附加相应的DC/DC功率变换单元)单元实现高压直流输出，本实施方案中，高压直流母线4电压在380VDC-450VDC之间。可再生能源发电系统13和分布式电源14属于选配单元，包括但是不限于太阳能发电系统、风力发电系统、地热发电系统等，用户可根据环境和需要自行选择合适的可再生能源或分布式电源。
UPS系统9的较佳实施方案包括储能充放电控制器10、第二交流电网11以及储能电池12。本实施方案中，UPS系统9连接至12V-48V的低压直流母线6上，正常情况下，IT负载7和风扇负载8由第一交流电网1经高压直流母线4供电，储能电池12则由第二交流电网11通过储能充放电控制器10进行充电，保证储能电池的能量处于所需状态，当第一交流电网1或高压直流母线4发生故障而无法供电的时候，储能电池12通过储能充放电控制器10释放能量至低压直流母线6，从而实现IT负载7和风扇负载8的不间断供电。即：第二交流电网11和储能电池12同时通过储能充放电控制器10给低压直流母线6供电，从而提高UPS系统的不间断供电能力。储能电池10为24V或48V电池单体组成的电池组。
另外，当数据中心所需的电力供电能力较高时，固态变压器3、直流电压转换模块5及储能充放电控制器10的数量可以成比例增加。这种扩容，不仅可以在设计之初进行，同时在后期数据中心改造升级时仍然可以进行。当增加特定数量的IT负载7和风扇负载8时，可成比例配备相应的直流电压转换模块5和UPS系统9。
如图2所示，上述数据中心直流供电系统通过中压交流母线2直接供电、高压直流母线4和低压直流母线6分别设置，实现了多种可再生能源高效、灵活接入，实现了UPS系统高效接入。高压直流母线4在供电系统容量较大时可有效降低线损，减少系统基础建设成本，并且通过直流电压转换模块将高压直流电集中转换成低压直流电再输送给负载，将有利于在负载临近位置配置相应的直流电压转换单元，可提高系统灵活性。并且数据中心内部的IT设备和散热风扇可直接由低压直流母线的低压直流电供给，大大提高了系统能源利用效率。
对于第一、第二交流电网1和11，两者可以是不同电压等级且不同来源的交流电网，也可以是相同电压等级且相同来源的交流电网，但如果考虑系统可靠性和效率则优先选择不同电压等级和不同来源的交流电网，第一交流电网1具有较高电压等级，例如100kV及以上，第二交流电网11具有较低电压等级，指一般市电，其电压为380V三相或220V单相。
对于中压交流母线2，高压直流母线4和低压直流母线6这三条母线，其中中压交流母线2通过将高压交流电网能量经由大型工频变压器传输至数据中心机房获得，也可以直接从配变电站乃至市电直接获取，交流母线的电压等级主要由数据中心功率等级决定；高压直流母线4则通过具有AC/DC功率变换功能的固态变压器获得，其上除了接负载之外，还可以根据地理环境和用户需要接入相应的可再生能源发电系统或其他分布式电源等，以减少系统从电网所需能量，甚至在电量充足的情况下，通过固态变压器将剩余能量输送至电网；低压直流母线6则是通过若干直流电压转换模块获得，其能量正常情况下来源于高压直流母线，但是在高压交流电网或者高压直流母线出现故障时，其能量则由UPS供给，较低的母线电压和交流电网电压，使得UPS系统可以使用电压较低的单体并联，提高UPS系统供电可靠性的同时，方便在线电池监测与维护。同时，数据中心所有的IT设备以及散热风扇均由低压直流母线提供的较低直流电供给，便于就地模块化供电的同时，可大大提高供电效率。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，但不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用于数据中心的直流供电系统，其特征在于，该系统至少包括第一交流电网(1)、固态变压器(3)、一套UPS系统(9)、若干IT负载(7)、若干风扇负载(8)以及一个直流供电系统；其中：
所述直流供电系统包括中压交流母线(2)、固态变压器(3)、高压直流母线(4)、直流电压转换模块(5)、低压直流母线(6)、及UPS系统(9)；所述UPS系统(9)包括储能充放电控制器(10)、第二交流电网(11)以及储能电池(12)，并且连接至低压直流母线(6)；
所述第一交流电网(1)经中压交流母线(2)连接固态变压器(3)，再经高压直流母线(4)连接直流电压转换模块(5)，正常情况下，IT负载(7)和风扇负载(8)由第一交流电网(1)经高压直流母线(4)提供系统供电，储能电池(12)则由第二交流电网(11)通过储能充放电控制器(10)进行充电，保证储能电池的能量处于所需状态；
当第一交流电网(1)或高压直流母线(4)发生故障而无法供电的情况下，储能电池(12)通过储能充放电控制器10释放能量至低压直流母线(6)，从而实现IT负载(7)和风扇负载(8)的不间断供电。即：第二交流电网(11)和储能电池(12)同时通过储能充放电控制器(10)给低压直流母线(6)供电。
2.如权利要求1所述的用于数据中心的直流供电系统，其特征在于，所述系统还包括连接高压直流母线(4)的可再生能源发电系统(13)或分布式电源(14)，当第一交流电网(1)发生故障而无法供电的情况下，经高压直流母线(4)提供系统供电。
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