CN107800133A - 一种数据中心供电方法及结构 - Google Patents

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张洪镇
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J9/061Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads

Abstract

本发明公开了一种数据中心供电方法及结构,其供电过程为:首先选择多种供电源,来为数据中心供电;然后将供电源提供的电流统一转变成直流电,由转变后的直流电为数据中心供电;在转变后的直流侧,配置储能电池,使其具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障时,该储能电池为数据中心供电。本发明的一种数据中心供电方法及结构与现有技术相比,采用双电源同时供电,结合直流供电的优势,能够保证系统的长期运行,通过在直流侧设置储能电池,使其具有直流UPS功能,能够很好地补偿电网电压的暂升、暂降和谐波干扰等,实现双电源功率协调分配,保障双电源停电时的不间断供电,实用性强,适用范围广泛,易于推广。

Description

一种数据中心供电方法及结构
技术领域
[0001]本发明涉及数据中心供电技术领域,具体地说是一种实用性强的数据中心供电方 法及结构。
背景技术
[0002]近年来,我国数据中心已经成为一种产业,数据中心作为连续运行的重要场合,对 供电可靠性、供电质量的要求非常高,研究数据中心的高品质供电具有重要意义。
[0003] 现有的数据中心供电方案,一般至少配置了 2路交流输入电源---主供电电网 和完全独立的备用电网或柴油发电机;中间环节配备冗余的不间断电源(UPS),UPS—般由 整流器、逆变器、储能电池等组成,将市电经整流器、逆变器变换后输给数据中心负载。
[0004] 正常情况下,市电经整流器变换为直流电供给逆变器,同时给蓄电池充电,逆变器 将直流电变换为交流电供给负载;故障情况下,UPS提供短时断电的后备保证,备用电源则 保证市电长时间断电的电力供应。
[0005] 现有方案通过设置备用电源,采用并联冗余UPS,一定程度上保证了数据中心的可 靠供电。但是现有数据中心供电方案能源变换过程多,系统存在着UPS和负载2个谐波源。
[0006] 同时,UPS中的备用能源(电池)要经过逆变器才能向负载供电,现有的供电方案在 供电可靠性和供电质量方面还有待进一步提高。
[0007] 基于此,现提出一种能解决上述问题的数据中心供电方法及结构。
发明内容
[0008] 本发明的技术任务是针对以上不足之处,提供一种实用性强的数据中心供电方法 及结构。
[0009] —种数据中心供电方法,其供电过程为: 一、 首先选择多种供电源,来为数据中心供电; 二、 然后将供电源提供的电流统一转变成直流电,由转变后的直流电为数据中心供电; 三、 在转变后的直流侧,配置储能电池,使其具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障 时,该储能电池为数据中心供电。
[0010] 所述供电源包括至少两个来自不同变电站的交流电源、以及至少一个柴油发电 机。
[0011] 所述步骤二中,将供电电流转变成直流电通过变压器和变换器实现,最后将转变 后的直流电汇总到直流母线中,该直流母线作为公共输出端来为数据中心及储能电池供 电。
[0012] 步骤二中转变成直流电的具体过程为: 首先将供电源输出的电流接入与供电源串联的变压器,该变压器的原边串接在供电源 和三相变换器之间,副边与单相变换器交流侧相连;所述单向变换器包括三个,并组成三单 相变换器,在直流侧汇于直流母线;所述三相变换器组成主变换器,实现AC/DC变换,并汇于 直流母线中。
[0013]在直流母线为数据中心及储能电池供电时均配置有DC/DC变换器,来实现对数据 中心中不同电压等级的直流负载供电。
[0014] —种数据中心供电结构,包括: 供电源,为数据中心供电; 电压转换机构,用于将供电源输出的交流转变成直流电; 直流母线,汇聚电压转换机构转换来的直流电,为数据中心的直流负载供电; 储能电池,配置在直流母线一侧,具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障时,该储能 电池为数据中心供电。
[0015] 所述供电源包括至少两个来自不同变电站的交流电源、以及至少一个柴油发电 机。
[0016] 所述柴油发电机接入每一路来自不同变电站的交流电源,且在柴油发电机的输出 端配置有控制开关;相对应的,每一路来自不同变电站的交流电源输出端均配置有控制开 关。
[0017] 所述电压转换机构包括变压器、三相变换器、单相变换器,其中变压器的原边串接 在供电源和三相变换器之间,副边与单相变换器交流侧相连;所述三相变换器组成主变换 器,实现AC/DC变换,并在直流侧汇于直流母线中;所述单向变换器设置有三个,并组成三单 相变换器,在直流侧汇于直流母线。
[0018] 在直流母线的输出端接入储能电池处、接入数据中心的直流负载处均配置有可对 不同电压等级的直流负载供电的DC/DC变换器。
[0019] 本发明的一种数据中心供电方法及结构和现有技术相比,具有以下有益效果: 本发明的一种数据中心供电方法及结构,采用双电源同时供电,结合直流供电的优势, 能够保证系统的长期运行,通过在直流侧设置储能电池,使其具有直流UPS功能,能够很好 地补偿电网电压的暂升、暂降和谐波干扰等,实现双电源功率协调分配,保障双电源停电时 的不间断供电。确保一路电源故障时负载的无缝转移和实现双电源功率协调分配,保证了 数据中心的高品质供电,实用性强,适用范围广泛,易于推广。
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0021] 附图1为本发明的实现示意图。
具体实施方式
[0022] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案,下面结合具体实施方式对本 发明作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所 获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0023] 为了适应节点机箱前面板的机构,需要设计不同种类的推头(一种使用防滑软材 质制作的工装),推头用螺钉固定于夹具上,更换过程繁琐。
[0024] 如附图1所示,一种数据中心供电方法,采用双电源同时供电,结合直流供电的优 势,能够保证系统的长期运行,通过在直流侧设置储能电池,使其具有直流UPS功能,确保一 路电源故障时负载的无缝转移和实现双电源功率协调分配,保证了数据中心的高品质供 电。
[0025] 其供电过程为: 一、 首先选择多种供电源,来为数据中心供电; 二、 然后将供电源提供的电流统一转变成直流电,由转变后的直流电为数据中心供电; 三、 在转变后的直流侧,配置储能电池,使其具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障 时,该储能电池为数据中心供电。
[0026] 所述供电源包括至少两个来自不同变电站的交流电源、以及至少一个柴油发电 机。
[0027] 所述步骤二中,将供电电流转变成直流电通过变压器和变换器实现,最后将转变 后的直流电汇总到直流母线中,该直流母线作为公共输出端来为数据中心及储能电池供 电。
[0028] 步骤二中转变成直流电的具体过程为: 首先将供电源输出的电流接入与供电源串联的变压器,该变压器的原边串接在供电源 和三相变换器之间,副边与单相变换器交流侧相连;所述单向变换器包括三个,并组成三单 相变换器,在直流侧汇于直流母线;所述三相变换器组成主变换器,实现AC/DC变换,并汇于 直流母线中。
[0029] 在直流母线为数据中心及储能电池供电时均配置有DC/DC变换器,来实现对数据 中心中不同电压等级的直流负载供电。
[0030] 如附图1所示,一种数据中心供电结构,包括: 供电源,为数据中心供电; 电压转换机构,用于将供电源输出的交流转变成直流电; 直流母线,汇聚电压转换机构转换来的直流电,为数据中心的直流负载供电; 储能电池,配置在直流母线一侧,具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障时,该储能 电池为数据中心供电。
[0031] 所述供电源包括至少两个来自不同变电站的交流电源、以及至少一个柴油发电 机。
[0032]所述柴油发电机接入每一路来自不同变电站的交流电源,且在柴油发电机的输出 端配置有控制开关;相对应的,每一路来自不同变电站的交流电源输出端均配置有控制开 关。
[0033]所述电压转换机构包括变压器、三相变换器、单相变换器,其中变压器的原边串接 在供电源和三相变换器之间,副边与单相变换器交流侧相连;所述三相变换器组成主变换 器,实现AC/DC变换,并在直流侧汇于直流母线中;所述单向变换器设置有三个,并组成三单 相变换器,在直流侧汇于直流母线。
[0034]在直流母线的输出端接入储能电池处、接入数据中心的直流负载处均配置有可对 不同电压等级的直流负载供电的DC/DC变换器。
[0035]本发明通过柴油发电机+储能装置,构成应急电源系统,保证负载的不间断供电, 本发明所提出的方案具有以下功能。
[0036] 在电网电压畸变、不对称等情况下,主变换器交流侧电压始终保持对称且为额定 正弦波。
[0037]在一路电源发生短路故障时,可保证故障支路承受负载无缝转移到正常供电支 路。
[0038]控制双电源输入电流相等,同时实现主变换器交流侧单位功率因数输入。
[0039]在负载突变情况下,系统自动分配负载,能够正常为直流负载供电,具有较好的负 荷扩展性。
[0040] 双电源都掉电时,通过控制直流侧储能装置,可实现负载的不间断供电,具有UPS 的功能;当电网恢复供电后,系统能重新回到双电源供电状态。
[0041] 本发明中双电源输入系统互为热备用2路电源正常供电时,如果输入功率不对 称,某一路长期承受较重的功率,另一路承受较轻的功率,必然会加大承受重功率的主变换 器的损坏概率,降低了系统的可靠性和运行效率。
[0042]同时,当任一路电源出现故障时,另一路必须完全承受直流侧负载。综合以上考 虑,设置2路并联输入的容量对称。为提高系统供电可靠性、经济性和运行效率,需要控制图 1中的并联主变换器,使双电源以单位功率因数输入,保证正常供电时双电源输出功率的均 衡,同时实现直流侧负载在一路电源故障时能够无缝转移到正常供电的线路。
[0043]由于并联主变换器不存在主从关系,采用对等控制模式对并联主变换器进行控 制,在对等控制模式下,系统中每个主变换器都参与直流母线电压的调节;在负荷变化时, 能够自动分担负荷的变化量,使系统达到一个新的稳态工作点,最终实现输出功率的协调 分配。图1所示的直流侧储能装置能够保证双电源掉电时的紧急供电,实现负载的不间断供 电;当电网恢复供电后,系统能重新回到双电源供电状态。
[0044]通过上面具体实施方式,所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。本文中 应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助 理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱 离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本 发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种数据中心供电方法,其特征在于,其供电过程为: 一、 首先选择多种供电源,来为数据中心供电; 二、 然后将供电源提供的电流统一转变成直流电,由转变后的直流电为数据中心供电; 三、 在转变后的直流侧,配置储能电池,使其具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障 时,该储能电池为数据中心供电。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心供电方法,其特征在于,所述供电源包括至少两 个来自不同变电站的交流电源、以及至少一个柴油发电机。
3.根据权利要求1所述的一种数据中心供电方法,其特征在于,所述步骤二中,将供电 电流转变成直流电通过变压器和变换器实现,最后将转变后的直流电汇总到直流母线中, 该直流母线作为公共输出端来为数据中心及储能电池供电。
4.根据权利要求3所述的一种数据中心供电方法,其特征在于,步骤二中转变成直流电 的具体过程为: 首先将供电源输出的电流接入与供电源串联的变压器,该变压器的原边串接在供电源 和三相变换器之间,副边与单相变换器交流侧相连;所述单向变换器包括三个,并组成三单 相变换器,在直流侧汇于直流母线;所述三相变换器组成主变换器,实现AC/DC变换,并汇于 直流母线中。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种数据中心供电方法,其特征在于,在直流母线为数 据中心及储能电池供电时均配置有DC/DC变换器,来实现对数据中心中不同电压等级的直 流负载供电。
6.—种数据中心供电结构,其特征在于,包括: 供电源,为数据中心供电; 电压转换机构,用于将供电源输出的交流转变成直流电; 直流母线,汇聚电压转换机构转换来的直流电,为数据中心的直流负载供电; 储能电池,配置在直流母线一侧,具有直流UPS功能,当某一供电源出现故障时,该储能 电池为数据中心供电。
7.根据权利要求6所述的一种数据中心供电结构,其特征在于,所述供电源包括至少两 个来自不同变电站的交流电源、以及至少一个柴油发电机。
8.根据权利要求7所述的一种数据中心供电结构,其特征在于,所述柴油发电机接入每 一路来自不同变电站的交流电源,且在柴油发电机的输出端配置有控制开关;相对应的,每 一路来自不同变电站的交流电源输出端均配置有控制开关。
9.根据权利要求6所述的一种数据中心供电结构,其特征在于,所述电压转换机构包括 变压器、三相变换器、单相变换器,其中变压器的原边串接在供电源和三相变换器之间,gU 边与单相变换器交流侧相连;所述三相变换器组成主变换器,实现AC/DC变换,并在直流侧 汇于直流母线中;所述单向变换器设置有三个,并组成三单相变换器,在直流侧汇于直流母 线。
10.根据权利要求6-9任一所述的一种数据中心供电结构,其特征在于,在直流母线的 输出端接入储能电池处、接入数据中心的直流负载处均配置有可对不同电压等级的直流负 载供电的DC/DC变换器。
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