CN107026447A - 一种基于多直流微电网的绿色数据中心供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绿色数据中心多直流微电网供电系统，利用多直流微电网及太阳能、风能等可再生能源为绿色数据中心供电。系统中主架构为直流微电网架构，各单元均连接在380V的高压直流母线上，公共电网单元可以与直流微电网进行功率交换，从而为绿色数据中心供电，系统中利用蓄电池为储能提供功率支撑；在高压直流母线上设置有风力发电机、微燃机和光伏电池，微系统提供绿色的可再生能源，同时高压直流母线上连接有高功率的交直流负荷；系统中各子直流微电网通过变换器连接在高压直流母线上，在各子直流微电网中设置有低功率的交直流负荷、蓄电池储能及分布式电源。因此，通过这种结构形成一个动态地、灵活地绿色数据中心多直流微电网供电系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种绿色数据中心供电系统。尤其是涉及一种利用多直流微电网为绿色数据中心供电的系统。
背景技术
随着世界经济形势的改变，信息产业和电子信息产业扮演着越来越重要的角色，同样在我国这两个新兴产业称为国民经济新的增长点。而互联网的兴起，已经称为世界各国公认的经济新的增长点，也是各国综合国力的新竞争制高点，为了能够抢夺该制高点，世界各国都加紧以信心化建设为核心的产业发展。 数据中心是互联网产业发展的基础，是互联网安全运行地保障，对于数据中心来说其供电系统的稳定和安全至关重要。
数据中心已经成为支撑信息产业的基础计算设备，然而随着信息产业的不断发展整合，数据中心越来越庞大，其消耗了巨大的电能，另一方面也会排放大量的温室气体。同时，电能本身是一种清洁能源，但是目前传统发电厂以火力发电为主，如果单纯地以传统电能进行供电，会进一步加剧传统化石燃料的消耗和环境的污染，不利于能源危机和环境问题的解决，不符合绿色数据中心可持续发展的观念。因此，需要进行绿色数据中心供电系统的研究，多利用可再生的清洁能源，从而提高绿色数据中心的环保性和低碳性。
与传统发电厂所对应的是分布式发电地迅速发展，分布式电源包括太阳能光伏发电、风力发电、微燃机、燃料电池、生物质能等，这些分布式能源是清洁环保的能源，其高效地利用可以有效地缓解能源危机和环境污染问题。但是，分布式电源，尤其是光伏发电和风力发电，具有很高的间歇性和随机性，其单机接入成本较高、控制困难，相对于大电网来说是一个不可控源，因此大电网往往采取限制和隔离的方式来处理分布式电源，长期以来就会大大限制了分布式电源的应用和发展。绿色数据中心对供电可靠性要求很高，如果直接利用间歇性和随机性很高的分布式电源为数据中心供电显然是行不通的。微电网是一种由负荷、分布式电源、储能设备、保护装置、电力电子变换装置构成的小型发配用电系统，可以充分地利用可再生分布式电源，协调大电网与分布式电源的矛盾。
因此，设计了绿色数据中心多直流微电网供电系统，利用多直流微电网为数据中心进行供电，在充分利用可再生能源的同时，提高数据中心供电系统的供电安全性和可靠性。当大电网正常运行时，系统处于并网状态下，而如果大电网出现故障，系统可以处于孤岛状态下继续为数据中心供电，当系统中某个子微电网出现故障时可以退出运行，系统其他部分继续为数据中心供电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供了绿色数据中心多直流微电网供电系统，实现可再生能源的高效梯级利用，缓解环境污染和能源危机的压力，为绿色数据中心提供清洁低碳地电能，通过多直流微电网提高了供电的可靠性、稳定性和灵活性。
本发明所采用的技术方案是：包括公共电网单元、蓄电池储能单元、分布式电源单元、高功率负荷单元、子直流微电网单元和高压直流母线单元，其中：所述的公共电网单元，公共电网通过双向交流-直流（AC-DC）变换器连接在高压直流母线上；所述的蓄电池储能单元，蓄电池通过第一双向直流-直流（DC-DC）变换器连接高压直流母线上；所述的分布式电源单元，包括光伏电池、微燃机和风力发电机，其中光伏电池通过第一直流-直流（DC-DC）变换器连接在高压直流母线上，微燃机通过第一交流-直流（AC-DC）变换器连接在高压直流母线上，风力发电机通过第二交流-直流（AC-DC）变换器连接在高压直流母线上；所述的高功率负荷单元，包括高功率直流数据中心负荷和高功率交流数据中心负荷，其中高功率直流数据中心负荷通过第二直流-直流（DC-DC）变换器连接在高压直流母线上，高功率交流数据中心负荷通过第一直流-交流（DC-AC）变换器连接在高压直流母线上；所述的子直流微电网单元，包括子直流微电网和第二双向直流-直流（DC-DC）变换器，其中子直流微电网之间通过第二双向直流-直流（DC-DC）变换器连接，各子直流微电网同时还连接在高压直流母线上。
所述的子直流微电网包括一个通过第三双向直流-直流（DC-DC）变换器连接在高压直流母线上的低压直流母线、通过第五直流-直流（DC-DC）变换器连接在低压直流母线上的低功率数据中心直流负荷、通过第二直流-交流（DC-AC）变换器连接在低压直流母线上的低功率数据中心交流负荷、蓄电池、光伏电池、燃料电池、微燃机，其中，光伏电池通过第三直流-直流（DC-DC）变换器连接在低压直流母线上，燃料电池通过第四直流-直流（DC-DC）变换器连接在低压直流母线上，微燃机通过第三交流-直流（AC-DC）变换器连在低压直流母线上。
本发明提供一种绿色数据中心多直流微电网供电系统，其有益效果是：通过多直流微电网利用光伏电池、风力发电机等分布式电源为绿色数据中心供电，充分利用了可再生能源，提高了数据中心整体的环保性和低碳性；当公共电网正常运行时，可以与直流微电网系统进行功率交换，并为数据中心负荷供电，当公共电网出现故障时可以退出运行，多直流微电网继续为数据中心供电，从而提高了数据中心供电的可靠性和安全性；系统中设置了多直流微电网单元，在主直流微电网中利用380V高压直流母线为高功率绿色数据中心负荷供电，子直流微电网中利用200V低压直流母线为低功率绿色数据中心负荷供电，从而提高供电的多样性，当系统中任何一部分出现故障时均可退出运行，剩下部分可正常供电，保证数据中心负荷的供电稳定性。
附图说明
图1为绿色数据中心多直流微电网供电系统的结构示意图；
图2为子直流微电网的结构示意图。
图中
1：公共电网单元 2：蓄电池储能单元
3：分布式电源单元 4：高功率负荷单元
5：子直流微电网单元 6：高压直流母线
11：公共电网 12：双向交流-直流变换器
21：蓄电池 22：第一双向直流-直流变换器
31：光伏电池 32：微燃机
33：风力发电机 34：第一直流-直流变换器
35：第一交流-直流变换器 36：第二交流-直流变换器
41：高功率直流数据中心负荷 42：高功率交流数据中心负荷
43：第二直流-直流变换器 44：第一直流-交流变换器
51：子直流微电网 52：第三双向直流-直流变换器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的绿色数据中心多直流微电网供电系统作进一步说明。
本发明的绿色数据中心多直流微电网供电系统，系统整体为直流微电网架构，共分为6个单元，单元1为公共电网单元，公共电网通过双向AC-DC变换器连接在直流母线6上，通过双向AC-DC变换器可以与直流微电网进行功率变换，当公共电网故障时可以与直流母线断开，从而利用直流微电网继续为数据中心负荷供电。单元2为蓄电池储能单元，通过双向DC-DC变换器为直流微电网提供支持，平抑系统功率。单元3为分布式电源单元，包括光伏发电、风力发电、微燃机三种，通过各自变换器连接在直流母线上，为数据中心负荷提供电能。单元4为数据中心负荷单元，连接在高压直流母线中的为相对高功率的负荷。单元5为多直流微电网单元，各子直流微电网连接在直流母线上，同时子直流微电网间通过双向DC-DC变换器连接，各子直流微电网间可以通过双向DC-DC变换器进行功率交换，各子直流微电网还可以与大直流微电网进行功率交换，这样就大大提高了数据中心系统的供电灵活性，增加了能量的利用效率。单元6为高压直流母线，其电压等级为380V。
如图1所示的绿色数据中心多直流微电网供电系统的结构示意图，包括公共电网单元1、蓄电池储能单元2、分布式电源单元3、高功率负荷单元4、子直流微电网单元5和高压直流母线单元6，其中：所述的公共电网单元1，公共电网11通过双向交流-直流（AC-DC）变换器1）连接在高压直流母线6上；所述的蓄电池储能单元2，蓄电池21通过第一双向直流-直流（DC-DC）变换器22连接高压直流母线6上；所述的分布式电源单元3，包括光伏电池31、微燃机32和风力发电机33，其中光伏电池31通过第一直流-直流（DC-DC）变换器34连接在高压直流母线6上，微燃机32通过第一交流-直流（AC-DC）变换器35连接在高压直流母线6上，风力发电机33通过第二交流-直流（AC-DC）变换器36连接在高压直流母线6上；所述的高功率负荷单元4，包括高功率直流数据中心负荷41和高功率交流数据中心负荷42，其中高功率直流数据中心负荷41通过第二直流-直流（DC-DC）变换器连接在高压直流母线6上，高功率交流数据中心负荷42通过第一直流-交流（DC-AC）变换器连接在高压直流母线6上；所述的子直流微电网单元5，包括子直流微电网51和第二双向直流-直流（DC-DC）变换器52，其中各子直流微电网51之间通过第二双向直流-直流（DC-DC）变换器52连接，各子直流微电网51同时还连接在高压直流母线6上。
如图2所示的子直流微电网的结构示意图，所述的子直流微电网51包括一个通过第三双向直流-直流（DC-DC）变换器512连接在高压直流母线6上的低压直流母线511、通过第五直流-直流（DC-DC）变换器5113连接在低压直流母线511上的低功率数据中心直流负荷517、通过第二直流-交流（DC-AC）变换器5114连接在低压直流母线511上的低功率数据中心交流负荷518、蓄电池513、光伏电池514、燃料电池515、微燃机516，其中，光伏电池514通过第三直流-直流（DC-DC）变换器5110连接在低压直流母线511上，燃料电池515通过第四直流-直流（DC-DC）变换器5111连接在低压直流母线511上，微燃机516通过第三交流-直流（AC-DC）变换器5112连接在低压直流母线511上。
Claims (2)
1.绿色数据中心多直流微电网供电系统，其特征在于，包括公共电网单元（1）、蓄电池储能单元（2）、分布式电源单元（3）、高功率负荷单元（4）、子直流微电网单元（5）和高压直流母线单元（6），其中：
所述的公共电网单元（1），公共电网（11）通过双向交流-直流（AC-DC）变换器（12）连接在高压直流母线（6）上；
所述的蓄电池储能单元（2），蓄电池（21）通过第一双向直流-直流（DC-DC）变换器（22）连接高压直流母线（6）上；
所述的分布式电源单元（3），包括光伏电池（31）、微燃机（32）和风力发电机（33），其中光伏电池（31）通过第一直流-直流（DC-DC）变换器（34）连接在高压直流母线（6）上，微燃机（32）通过第一交流-直流（AC-DC）变换器（35）连接在高压直流母线（6）上，风力发电机（33）通过第二交流-直流（AC-DC）变换器（36）连接在高压直流母线（6）上；
所述的高功率负荷单元（4），包括高功率直流数据中心负荷（41）和高功率交流数据中心负荷（42），其中高功率直流数据中心负荷（41）通过第二直流-直流（DC-DC）变换器连接在高压直流母线（6）上，高功率交流数据中心负荷（42）通过第一直流-交流（DC-AC）变换器连接在高压直流母线（6）上；
所述的子直流微电网单元（5），包括子直流微电网（51）和第二双向直流-直流（DC-DC）变换器（52），其中各子直流微电网（51）之间通过第二双向直流-直流（DC-DC）变换器（52）连接，各子直流微电网（51）同时还连接在高压直流母线（6）上。
2.根据权利要求1所述的绿色数据中心多直流微电网供电系统，其特征在于，所述的子直流微电网（51）包括一个通过第三双向直流-直流（DC-DC）变换器（512）连接在高压直流母线（6）上的低压直流母线（511）、通过第五直流-直流（DC-DC）变换器（5113）连接在低压直流母线（511）上的低功率数据中心直流负荷（517）、通过第二直流-交流（DC-AC）变换器（5114）连接在低压直流母线（511）上的低功率数据中心交流负荷（518）、蓄电池（513）、光伏电池（514）、燃料电池（515）、微燃机（516），其中，光伏电池（514）通过第三直流-直流（DC-DC）变换器（5110）连接在低压直流母线（511）上，燃料电池（515）通过第四直流-直流（DC-DC）变换器（5111）连接在低压直流母线（511）上，微燃机（516）通过第三交流-直流（AC-DC）变换器（5112）连接在低压直流母线（511）上。
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