CN110601168A - 一种大功率高可靠高压直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率高可靠高压直流供电系统，包括：至少两个的市电单元；至少两个的整流柜，所述市电单元与所述整流柜一一对应，所述市电单元与所述整流柜的交流输入端连接；直流配出柜，包括直流母排，所述直流母排与至少两个所述整流柜的直流输出端连接；电池组，与所述直流母排连接。本发明能够满足大功率负载供电、供电可靠性高、占地面积小且建设和维护成本低。

Description

一种大功率高可靠高压直流供电系统

技术领域

本发明涉及直流供电技术领域，尤其涉及一种大功率高可靠高压直流供电系统。

背景技术

在大数据和人工智能飞速发展的今天，各类数据中心和大型计算机应运而生。为了减小损耗，许多数据中心开始推广使用高压直流供电系统为IT负载供电，高压直流供电系统输入为三相交流400V电源，输出为200-400V高压直流电源。

例如公告号为CN103618368B的专利文献公开了“一种高压直流供电系统”，包括：第一整流设备、第二整流设备、双向直流电源模块、电源模块和直流母线。该技术方案中，采用直流母线供电的方式，电源模块的输出电流通过双向直流电源模块直接向所述直流母线进行供电，控制所述直流母线的直流电压保持不变，使接入直流母线的负载设备安全可靠运行，不存在相位、相序问题，支持热插拔模式，只要预留好机架位置，新上负载设备直接并入直流母线即可工作，扩容维护方便。但是，两个整流设备的输入均来自同一市电，工作时一个整流设备作为主供电设备，另一个整流设备作为备用，当主供电出现故障，备用供电由空载突然转为高负载率工况，容易出现突发异常情况，导致关键负载掉电，如果市电停电，无论哪台整流设备都没有输出，故而可靠性差。

为了实现关键负载不间断运行能力，高压直流供电系统一般采用双路市电供电。例如公告号为CN208046235U的专利文献公开了“一种机房高压供电系统”，包括至少一个的市电单元、交流配电柜与直流配电柜、整流模块以及列头柜、蓄电池以及光伏电源，所述市电单元经交流配电柜与整流模块后接入直流配电柜，所述直流配电柜与列头柜电相连，所述列头柜上设有两路输入与两路输出，列头柜每路输入均连有直流配电柜，列头柜两路输入与服务器机柜电相连，所述蓄电池以及光伏电源与直流配电柜电相连。上述方案能有效的提高了机房服务器供电系统的可靠性，出现故障后受影响的范围大大减小，系统的安全性得到提高，同时相比于传统的UPS电源安装更方便，建设周期更短。但是建设所需的面积相对较大，建设和维护成本相对较高。

又如图1所示，现有技术中对于某一关键负载，常见的供电设计是两路市电分别接包含双路电源自动切换开关的交流配电柜，开关输出侧接整流柜，整流柜将三相交流400V电源整流为直流电源，然后通过直流配出柜的直流母线为负载供电，直流母线上再挂载电池支路。

跟其他提到的现有技术一样或多或少的存在如下一些问题：

系统正常工作时，始终有一路交流供电线路断开(如图1所示线路L2)，长期处于空载冷备份状态。线路L2在这种工况下，容易积累隐患，不利于线路维护与设备故障排查，难以时刻处于高可用状态。当线路L1因故停电时，切换开关自动切换到线路L2。线路L2由长期空载突然转为高负载率工况，容易出现突发异常情况，一旦线路L2也无法供电，即有可能导致关键负载掉电；

双路电源自动切换开关本身结构复杂，是供电系统的薄弱环节，且长期处于运行状态，无法停机维护。一旦该开关发生故障，当线路L1停电时，高压直流供电系统无法自动切换为线路L2供电，即有可能导致关键负载掉电；

双路电源自动切换开关，以及下端的整流柜支路开关会占用设备空间，导致供电系统占地增加，设备成本上升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够满足大功率负载供电、供电可靠性高、占地面积小且建设和维护成本低的大功率高可靠高压直流供电系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大功率高可靠高压直流供电系统，包括：

至少两个的市电单元；

至少两个的整流柜，所述市电单元与所述整流柜一一对应，所述市电单元与所述整流柜的交流输入端连接；

直流配出柜，包括直流母排，所述直流母排与至少两个所述整流柜的直流输出端连接；

电池组，与所述直流母排连接。

上述方案形成了至少两路市电供电的线路，至少两路市电供电的线路同时工作，各自负担一半的负载，均处于热备份状态，有利于线路的维护与状态保持，保证所有线路时刻处于高可用状态，满足大功率负载供电需求；在任意一路市电掉电的情况下，还能保证另外一路市电能够通过对应的供电线路为关键负载可靠供电；省略了切换开关，不存在开关切换的异常，进一步提高了可靠性，还省略了下端整流柜支路开关以及交流输入柜的配备需求，减小了设备整体占地面积，降低了设备采购、建设与维护成本。

进一步地，至少两个的市电单元包括第一市电单元和第二市电单元，至少两个的整流柜包括第一整流柜和第二整流柜，所述第一市电单元与所述第一整流柜的交流输入端连接，所述第二市电单元与所述第二整流柜的交流输入端连接，所述第一整流柜和所述第二整流柜的直流输出端均与所述直流母排连接。

进一步地，所述直流母排连接有若干用于供负载连接的供电支路。有利于为多个负载同时供电。

进一步地，所述供电支路上设有开关。有利于根据负载供电需求，灵活切换开关的开关状态。

进一步地，所述整流柜内包括多个整流器，多个所述整流器之间相互并联构成N+1冗余结构。有利于当一个整流器出现故障时，另一个整流器能够在线热更替，保持正常的供电输出。

进一步地，所述电池组与所述直流母排之间设有熔断器。有利于实现电池组的保护。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：具有两个供电线路，同时工作时，各负担一半的负载，均处于热备份状态，有利于线路的维护与状态保持，保证所有线路时刻处于高可用状态，满足大功率负载供电需求；在任意一路市电掉电的情况下，还能够通过另外一路甚至多路市电保证对应的供电线路为关键负载可靠供电；

省略了双路电源自动切换开关，不存在开关切换异常的情况，进一步提高了高压直流供电系统的可靠性；

省略了双路电源自动切换开关、下端整流柜支路开关以及交流输入柜，减小设备占地面积，降低设备采购与维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：

图1为现有技术中高压直流供电系统结构示意图；

图2为本发明提供的一种大功率高可靠高压直流供电系统结构框图；

图3为本发明一具体实施方式下大功率高可靠高压直流供电系统的结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图2所示，本实施例提供一种大功率高可靠高压直流供电系统，包括：

至少两个的市电单元100；用于提供各自相对独立的市电，一般可设置来自不同的变电所，具有独立的供电能力；

至少两个的整流柜200，所述市电单元100与所述整流柜200一一对应，所述市电单元100与所述整流柜200的交流输入端连接；整流柜200用于将市电单元100输入的交流电转换为直流电，一般情况下，整流柜200输入为三相交流400V电源，输出为200-400V高压直流电源；

直流配出柜300，包括直流母排310，所述直流母排310与至少两个所述整流柜200的直流输出端连接；直流配出柜300作用是将直流电源有效、合理、按需求的分配至多个负载，除了配置有直流母排310外，确保直流配出柜300的性能保障，优选直流配出柜300内设有开关、保险丝、电流和电压参数采集模块、显示模块以及通讯模块等等；

电池组400，与所述直流母排310连接。电池组400用于在多路市电单元100均没有供电时，为负载提供电源，负载能力相对市电供电较为薄弱。

上述方案形成了至少两路市电供电的线路，至少两路市电供电的线路同时工作，各自负担一半的负载，均处于热备份状态，有利于线路的维护与状态保持，保证所有线路时刻处于高可用状态，满足大功率负载供电需求；在任意一路市电掉电的情况下，还能保证另外一路或几路市电能够通过对应的供电线路为关键负载可靠供电；省略了切换开关，不存在开关切换的异常，进一步提高了可靠性，还省略了下端整流柜支路开关以及交流输入柜的配备需求，减小了设备整体占地面积，降低了设备采购、建设与维护成本。

如图3所示，至少两个的市电单元100包括第一市电单元110和第二市电单元120，至少两个的整流柜200包括第一整流柜210和第二整流柜220，所述第一市电单元110与所述第一整流柜210的交流输入端连接，所述第二市电单元120与所述第二整流柜220的交流输入端连接，所述第一整流柜210和所述第二整流柜220的直流输出端均与所述直流母排310连接。

在大负载情况下，第一整流柜210接受第一市电单元110供电，输出直流电源至直流配出柜300的直流母排310；第二整流柜220接受第二市电单元120供电，输出直流电源至直流配出柜300的直流母排310；即两个整流柜200共用一个直流配出柜300，向负载供电。最大输出功率为两个整流柜输出功率之和，此时可满足大功率供电需求。

在一般运行情况下，第一整流柜210接受第一市电单元110供电，输出直流电源至直流配出柜300的直流母排310；第二整流柜220接受第二市电单元120供电，输出直流电源至直流配出柜300的直流母排310。当第一市电单元110因意外或检修停电时，第一整流柜210停止直流电输出，第二市电单元120对应线路的第二整流柜220继续为直流配出柜300供电，直流配出柜300为负载供电；当第二市电单元120因意外或检修停电时，第二整流柜220停止直流电输出，第一市电单元110对应线路的第一整流柜210继续为直流配出柜300供电；因此，只要负载不超过单台整流柜的带载能力，即可在两台整流柜中无缝切换，或由第一整流柜210与第二整流柜220均分负载，或由第一整流柜210、第二整流柜220中任意一台负担，灵活性、可靠性高。

在大规模的负载需求中，可以以2个市电单元、2台整流柜、1台直流配出柜以及1个电池组作为一个标配子系统，配备多个这样的子系统即可满足使用需求。

进一步地，所述直流母排310连接有若干用于供负载连接的供电支路320。有利于为多个负载同时供电。

所述供电支路320上设有开关330。有利于根据负载供电需求，灵活切换开关330的开关状态，即闭合或断开。

所述整流柜200内包括多个整流器，多个所述整流器之间相互并联构成N+1冗余结构。有利于当一个整流器出现故障时，另一个整流器能够在线热更替，保持正常的供电输出。

所述电池组400与所述直流母排310之间设有熔断器340。有利于实现电池组400的保护。

综上，本系统能够满足大功率高可靠性的高压直流供电，且占地面积相对较小，采购、建设和维护成本低。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种大功率高可靠高压直流供电系统，其特征在于，包括：

至少两个的市电单元；

至少两个的整流柜，所述市电单元与所述整流柜一一对应，所述市电单元与所述整流柜的交流输入端连接；

直流配出柜，包括直流母排，所述直流母排与至少两个所述整流柜的直流输出端连接；

电池组，与所述直流母排连接。

2.根据权利要求1所述的一种大功率高可靠高压直流供电系统，其特征在于，至少两个的市电单元包括第一市电单元和第二市电单元，至少两个的整流柜包括第一整流柜和第二整流柜，所述第一市电单元与所述第一整流柜的交流输入端连接，所述第二市电单元与所述第二整流柜的交流输入端连接，所述第一整流柜和所述第二整流柜的直流输出端均与所述直流母排连接。

3.根据权利要求2所述的一种大功率高可靠高压直流供电系统，其特征在于，所述直流母排连接有若干用于供负载连接的供电支路。

4.根据权利要求3所述的一种大功率高可靠高压直流供电系统，其特征在于，所述供电支路上设有开关。

5.根据权利要求1所述的一种大功率高可靠高压直流供电系统，其特征在于，所述整流柜内包括多个整流器，多个所述整流器之间相互并联构成N+1冗余结构。

6.根据权利要求1所述的一种大功率高可靠高压直流供电系统，其特征在于，所述电池组与所述直流母排之间设有熔断器。