CN111431269A - 一种数据中心供电系统及相应的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心供电系统及相应的控制方法，该供电系统包括若干数据中心微模块，每个数据中心微模块均接入市电支路及UPS支路，以及机动供电模块、切换模块、控制模块，机动供电模块通过市电输入储能，切换模块在控制模块的控制下在市电输入与机动供电模块输入之间切换以连接数据中心微模块。本发明提供的数据中心供电系统及控制方法，可有效延长UPS的供电时间，提高数据中心的供电可靠性。

Description

一种数据中心供电系统及相应的控制方法

技术领域

本发明涉及数据中心供电系统技术领域，具体涉及一种数据中心供电系统及相应的控制方法。

背景技术

微模块数据中心对供电的可靠性要求较高，为了保证数据中心始终不断电，其一般会配置不间断电源，在市电供电出现异常如断电、电压不稳的时候，启动不间断电源进行稳定供电。现有的不间断电源供电方案一般有两种，由于数据中心中的ICT设备一般是两路供电，因此供电方案一种是接入两路不间断电源(2N方案)，一种是接入一路不间断电源和一路市电(1+1方案)，其中，2N方案可靠性较高，但是成本也较高，占用柜位空间大，例如在具有3个微模块的系统中，由于每个不间断电源的功率要求相同，因此需要6台具有相应功率的不间断电源；1+1方案成本较低，占用柜位空间小，但是由于只有一个不间断电源，在市电供电出现异常的时候，若此时接入的不间断电源也出现故障，将会导致相应的ICT设备停止工作，造成较大的损失，因此该种供电方案的可靠性较低。同时上述的两种方案中，不间断电源在市电故障时，都是通过电池进行供电的，由于电池容量一定，在ICT设备功率保持不变的情况下，不间断电源的放电时间固定，无法根据实际情况延长供电时间，容易在出现较长时间的市电故障时耗尽电池能量导致ICT设备停止工作。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种数据中心供电系统及相应的控制方法，其能够提高数据中心的供电可靠性，在市电长时间无法供电的情况下可延长数据中心的供电时间。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种数据中心供电系统，其包括若干数据中心微模块，每一数据中心微模块均接入市电输入支路及UPS输入支路，还包括：

机动供电模块，其通过市电输入储能并用于对所述数据中心微模块供电；

切换模块，其对应每一于所述的数据中心微模块设置；

控制模块，其用于在市电输入断开且UPS供电功率不足时控制切换模块动作以将机动供电模块电性连接于对应的数据中心微模块。

进一步的，所述的切换模块装设于市电输入支路和/或UPS输入支路，并接入机动供电模块输入，以根据市电输入情况和UPS供电情况将对应的数据中心微模块由市电输入或UPS输入切换至机动供电模块输入。

进一步的，所述的机动供电模块包括储能单元和逆变单元；所述的储能单元接入市电输入，并用于将储存的电能输出至逆变单元，所述的逆变单元用于与切换模块连接，并将储能单元输入的直流电转为交流电供对应的数据中心微模块使用。

进一步的，所述的储能单元的电池组容量根据数据中心微模块所需的供电时间进行配置。

进一步的，所述的UPS的功率不小于其所连接的数据中心微模块的设备功率；所述的逆变单元的功率不小于所有所述的UPS的总功率的50％。

本发明还提供一种数据中心供电系统控制方法，用于控制如上述任一项所述的一种数据中心供电系统，包括如下步骤：

实时检测市电输入状态，在市电输入断开时，启动UPS，并在UPS供电功率不足时控制切换模块切换至机动供电模块输入。

进一步的，确定需要提供供电支援的数据中心微模块所需的总供电功率，在所述的机动供电模块的输出功率满足所述的总供电功率要求时，控制与对应的数据中心微模块连接的切换模块切换至机动供电模块输入。

进一步的，实时读取每一数据中心微模块的输出功率，在市电输入断开并启动UPS后，读取由UPS供电的数据中心微模块的当前输出功率，并根据当前的输出功率与市电输入断开前的输出功率的差值确定需要提供供电支援的数据中心微模块所需的总供电功率。

进一步的，在机动供电模块的输出功率无法满足所述的供电功率要求时，控制模块发出警报。

本发明还提供另一种数据中心供电系统控制方法，用于控制如上述任一项所述的一种数据中心供电系统，包括如下步骤：

根据预先获知的市电输入情况，在市电断开之前的预设时刻控制切换模块切换至机动供电模块输入。

由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有的如下有益效果：

1、设置机动供电模块，其在市电输入正常工作时进行充电储能，在市电输入出现异常时，UPS输入支路自动切换对数据中心微模块进行供电，此时再由控制模块根据条件进行判断控制，当UPS出现供电功率不足的情况时，控制切换模块切换至机动供电模块输入，从而保证数据中心微模块能够正常运行，提高了数据中心的供电可靠性，延长了数据中心的供电时间。

2、切换模块可装设于市电输入支路或UPS输入支路中的一个或两个，装设于其中一路时可作为单路输入为数据中心微模块提供电力，若装设于市电输入支路，还可与UPS同时为数据中心微模块供电；若同时装设于市电输入支路或UPS输入支路，则可根据具体的UPS的供电情况进行切换控制，保证数据中心微模块始终具有两路供电。

3、机动供电模块包括储能单元和逆变单元，储能单元用于通过市电输入储能，逆变单元接收储能单元传输的电能，并转化为交流电供数据中心微模块使用。

4、数据中心微模块所需的供电时间指预计的最长市电停电时间，储能单元的电池组容量满足该供电时间即可满足数据中心微模块的运行需求。

5、对UPS的功率进行限定，保证在仅有UPS进行供电的情况下依然可满足数据中心微模块的运行功率，同时对逆变单元的功率进行限定，在市电异常，使用机动供电模块进行辅助供电时，机动供电模块可以与每一数据中心微模块的UPS一同承担数据中心微模块的供电需求，且可避免成本过高。

6、通过数据中心供电系统控制方法对上述的数据中心供电系统进行控制，通过实时检测市电状态，判断市电输入是否断开，并在市电输入断开时立即启动UPS，避免数据中心微模块断电，同时对UPS的输出功率进行检测，在其供电功率不足时控制切换模块切换至机动供电模块输入，从而为对应的数据中心微模块进行两路供电，保证数据中心微模块的供电功率满足运行要求。

7、根据数据中心微模块需要的供电功率判断是否需要启动机动供电模块，以及机动供电模块的输出功率是否满足数据中心微模块的供电需求，在二者均成立的情况下，即可利用机动供电模块为需要的数据中心微模块进行辅助供电，保证数据中心微模块的运行正常。

8、通过实时读取数据中心微模块的输出功率，以及由UPS供电的数据中心微模块的当前输出功率，计算二者的差值，即可确定当前的数据中心微模块所需要的总供电功率。

9、若机动供电模块的输出功率无法满足数据中心微模块的供电要求，此时发出警报，告知工作人员情况，以帮助工作人员进行相应操作。

10、另一种供电系统控制方法根据预先获知的市电输入情况，当确定市电在某些时间段将断开输入时，即可在市电断开之前的预设时刻切换至机动供电模块输入，从而实现供电输入的实时备份，避免市电断开时切换不及时导致数据中心供电异常。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种数据中心供电系统的实施例1的结构示意图；

图2为本发明提供的一种数据中心供电系统控制方法的实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的一种数据中心供电系统的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作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。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1，图1示出了本发明提供的一种数据中心供电系统的结构示意图，主要包括若干个数据中心微模块、机动供电模块、切换模块、控制模块、电源分配模块以及UPS。

如其所示，在本实施例中设置有三个数据中心微模块，此三个数据中心微模块为建设方便被设置在一个机房内，其共用一个从机房外输入的市电输入。每个数据中心微模块内均包括若干个ICT设备，ICT设备作为基础的微模块运算单元为数据中心提供算力支持。

ICT设备均需接入两路供电输入，在本发明提供的供电系统中，设置有电源分配模块，每一数据中心微模块均通过两电源分配模块分别接入UPS输入支路与市电输入支路或机动供电模块输入支路。具体的，在每个微模块中均设有两个电源分配模块，每个ICT设备的两路供电输入分别接入上述的两个电源分配模块，其中一个电源分配模块接入UPS输入支路，另一个电源分配模块按照需要接入市电输入或机动供电模块输入。

每个数据中心微模块均接入市电输入支路及UPS输入支路，具体如图1所示，UPS输入支路一端接市电输入，另一端接一个电源分配模块，在市电输入正常时，UPS不对该供电支路进行供电输入，在市电输入异常时，UPS工作；市电输入支路通过切换模块直接接入微模块中。

机动供电模块包括储能单元和逆变单元，其设置于数据中心之外，用于为该机房中的所有数据中心微模块进行机动供电。其内部的储能单元接入市电输入，并用于将储存的电能输出至逆变单元，逆变单元与切换模块连接，并用于将储能单元输入的直流电转为交流电供对应的数据中心微模块使用。具体如图1所示，储能单元包括充电器和电池组，充电器直接接入市电输入，并通过市电输入对电池组进行充电，电池组在充电过程中储存电能，且电池组的另一端与逆变单元连接，用于将储存的电能输出至逆变单元。逆变单元在接收电池组传输的直流电后，将其转化为交流电，并将交流电通过切换模块传输至对应的数据中心微模块。

切换模块为一切换开关，其一端连接于对应的数据中心微模块，另一端在市电输入与机动供电模块输入两方切换，在其与市电输入连接时，数据中心微模块对应接入市电输入；在其与机动供电模块连接时，且机动供电模块正常供电时，数据中心微模块对应接入机动供电模块输入。

切换模块及机动供电模块均受控制模块控制，控制模块实时监测市电输入情况，并在市电输入断开时，监测UPS供电情况，当UPS供电功率不足时，即控制切换模块由原本的市电输入状态切换至机动供电模块输入状态，利用机动供电模块为数据中心微模块进行辅助供电输入。

机动供电模块中的储能单元的电池组容量根据数据中心微模块所需的供电时间进行配置。具体而言，市电输入断开的持续时间是有限的，在市电供电情况下，较少存在长时间市电断开的情况，因此机动供电模块只需考虑在预计的市电输入断开持续时间下对数据中心微模块的供电情况。同时，在本实施例中，机房中设有三个数据中心微模块，机动供电模块的供电能力需要满足三个数据中心微模块同时需要进行供电支援的情况，因此电池组的容量在设计之处便需要考虑上述的情况，最终根据数据中心微模块所需要的供电时间对电池组的容量进行配置，以保证机动供电模块的供电能力可满足数据中心微模块在市电输入断开的情况下仍可有效运行至市电输入重新接入。

此外，UPS的功率被配置为不小于其所连接的数据中心微模块的设备功率，以保证数据中心微模块的正常运行，同时将机动供电模块的逆变单元的功率配置为不小于所有UPS的总功率的50％，这样在UPS和机动供电模块对数据中心微模块进行供电的情况下，UPS和机动供电模块都可承担微模块的50％的功率要求，避免UPS的功率负载过大，造成供电时间过短。

在另外的实施例中，每一个数据中心微模块均对应地设置有两个切换模块，具体如图2所示，切换模块设置在市电输入支路和UPS输入支路，并且均接入机动供电模块输入，通过控制模块独立地对每一个切换模块进行控制，在检测到市电输入断开时，先通过UPS对数据中心微模块进行供电，进一步地在UPS供电功率不足时，同时将切换模块由市电输入切换至机动供电模块输入，从而实现对数据中心微模块的持续供电。

在另一个实施例中，切换模块还可单独设置在UPS输入支路，其能够起到与上述的第一个实施例相同的作用。

本发明还提供一种数据中心供电系统的控制方法的实施例，其用于控制上述的实施例所提供的数据中心供电系统，具体如图2所示，包括以下步骤：

控制模块实时检测市电输入状态，在市电输入断开时，启动UPS，并根据数据中心微模块在市电输入正常时的输出功率以及由UPS供电时的输出功率，确定所需的供电功率，判断UPS供电功率是否满足数据中心微模块的供电需求，在UPS供电功率不足时，判断机动供电系统的输出功率是否满足微模块的供电需求，若机动供电系统的输出功率满足所需的供电功率要求，则由控制模块控制切换模块切换至机动供电模块输入，若机动供电系统的输出功率无法满足所需的供电功率要求，则控制模块发出警报。

具体而言，控制模块需要对市电输入状态进行实时监测，同时UPS本身即具有该监测功能，UPS可在市电输入断开时自动地打开实现对数据中心微模块的供电，无需通过控制模块进行启动。

控制模块在监测到市电输入断开时，开始对UPS的供电功率以及数据中心微模块的供电需求进行检测。具体的检测过程如下，控制模块在市电输入正常时实时获取数据中心微模块的运行功率，作为基础的运行功率，在市电输入断开时获取由UPS供电的数据中心微模块的运行功率，将上述二者进行比较即可，差值即为微模块恢复至先前运行状态所需要的供电功率要求。

在确定了微模块运行所需的供电功率要求后，再对机动供电模块的输出功率进行检测，若机动供电模块的输出功率满足所需的供电功率要求，则控制模块控制切换模块由与市电输入连接切换至与机动供电模块连接，若机动供电模块的输出功率未能满足所需的供电功率要求，则控制模块发出警报。

控制模块与数据中心机房的控制管理系统通讯连接，其警报可直接发送至该控制管理系统中。

本发明还提供另一种数据中心供电系统控制方法，其根据预先获知的市电输入情况，在市电断开之前的预设时刻控制切换模块切换至机动供电模块输入。

具体而言，在该控制方法中，在某些情况下，例如预先通知的市电停电情况，可以获知到在某一个时间段的市电输入情况，在确定了市电输入断开的时刻后，即可在市电输入断开之前的一个预设时刻，例如5min或10min等，控制切换模块动作以将机动供电模块电性连接于对应的数据中心微模块。

当然，在其他的实施例中，对于机动供电模块的接入可以根据具体的情况进行处理，例如可根据UPS电池的剩余供电时间对机动供电模块的接入时机进行判断，在某一个数据中心微模块对应的UPS电池可以保证该数据中心微模块的正常运行时，可以将机动供电模块与该数据中心微模块的连接切断，仅使用UPS电池对其进行供电，同时若存在其他的数据中心微模块对应的UPS电池的剩余供电时间较少的，则将机动供电模块优先地与上述的数据中心微模块进行连接，以保证机动供电模块的供电时长，同时也可以更加智能地对机动供电模块何时接入数据中心微模块进行控制。

本发明提供的一种数据中心供电系统及相应的控制方法，通过设置机动供电模块、切换模块以及控制模块，在市电输入断开或市电输入断开之前的预设时刻，可以通过机动供电模块为数据中心供电，从而可延长UPS的供电时间，提高数据中心的供电可靠性。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据中心供电系统，其包括若干数据中心微模块，每一数据中心微模块均接入市电输入支路及UPS输入支路，其特征在于，还包括：

机动供电模块，其通过市电输入储能并用于对所述数据中心微模块供电；

切换模块，其对应于每一所述的数据中心微模块设置；

控制模块，其用于在市电输入断开且UPS供电功率不足时控制切换模块动作以将机动供电模块电性连接于对应的数据中心微模块。

2.如权利要求1所述的一种数据中心供电系统，其特征在于，所述的切换模块装设于市电输入支路和/或UPS输入支路，并接入机动供电模块输入，以根据市电输入情况和UPS供电情况将对应的数据中心微模块由市电输入或UPS输入切换至机动供电模块输入。

3.如权利要求2所述的一种数据中心供电系统，其特征在于，所述的机动供电模块包括储能单元和逆变单元；所述的储能单元接入市电输入，并用于将储存的电能输出至逆变单元，所述的逆变单元用于与切换模块连接，并将储能单元输入的直流电转为交流电供对应的数据中心微模块使用。

4.如权利要求3所述的一种数据中心供电系统，其特征在于，所述的储能单元的电池组容量根据数据中心微模块所需的供电时间进行配置。

5.如权利要求3所述的一种数据中心供电系统，其特征在于，所述的UPS的功率不小于其所连接的数据中心微模块的设备功率；所述的逆变单元的功率不小于所有所述的UPS的总功率的50％。

6.一种数据中心供电系统控制方法，用于控制如权利要求1-5任一项所述的一种数据中心供电系统，其特征在于：

实时检测市电输入状态，在市电输入断开时，启动UPS，并在UPS供电功率不足时控制切换模块切换至机动供电模块输入。

7.如权利要求6所述的一种数据中心供电系统控制方法，其特征在于，确定需要提供供电支援的数据中心微模块所需的总供电功率，在所述的机动供电模块的输出功率满足所述的总供电功率要求时，控制与对应的数据中心微模块连接的切换模块切换至机动供电模块输入。

8.如权利要求7所述的一种数据中心供电系统控制方法，其特征在于，实时读取每一数据中心微模块的输出功率，在市电输入断开并启动UPS后，读取由UPS供电的数据中心微模块的当前输出功率，并根据当前的输出功率与市电输入断开前的输出功率的差值确定需要提供供电支援的数据中心微模块所需的总供电功率。

9.如权利要求8所述的一种数据中心供电系统控制方法，其特征在于，在机动供电模块的输出功率无法满足所述的供电功率要求时，控制模块发出警报。

10.一种数据中心供电系统控制方法，用于控制如权利要求1-5任一项所述的一种数据中心供电系统，其特征在于：

根据预先获知的市电输入情况，在市电断开之前的预设时刻控制切换模块切换至机动供电模块输入。

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