CN112751325A - 直流供电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流供电系统及方法，所述系统包括：第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路和所述第二供电电路中至少一个包括移相变压器；所述第一供电电路包括N个第一交流/直流变换电路，所述第二供电电路包括N个第二交流/直流变换电路，其中N为大于等于2的整数；所述N个第一交流/直流变换电路的输出侧一一对应地与所述N个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成N组冗余备份电路。本发明的直流供电系统，可以保证负载的冗余供电。

Description

直流供电系统及方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种直流供电系统及方法。
背景技术
直流供电具有高效、可靠的特点，因而在数据中心供电领域得到越来越广泛的应用。如图1所示，在传统的直流供电方案中，一般采用将中压交流10kV转换到低压交流380V的传统电力变压器101，在低压交流380V侧可以通过开关K1并联双母线，即在变压器二次侧并联AC母线的方案。传统直流供电系统A路110和传统直流供电系统B路120的输出端分别与负载105的两个电源变换装置即第一电源变换装置103和第二电源变换装置104连接，其中，负载105可以为IT设备(IT Load)。这样，在变压器维修或一路电网故障时，通过低压交流380V侧母线并联，可以保证其下游所连接的IT等设备的供电有冗余。但是传统直流供电方案具有效率不够高的缺点。
如图2所示为目前业界正在推广的中压直变直流的供电方案，该方案中，中压直变直流供电系统A路210和中压直变直流供电系统B路220的输出端分别与负载105的两个电源变换装置连接，中压10kV交流电经过移相变压器201变压到低压交流后，再经过整流调压器202整流调压，得到相应的直流输出，此直流输出用于为下游的负载供电。中压直变直流的供电方案比传统直流供电方案高近2％的效率。
但是，移相变压器的低压交流侧有多个绕组，不能像传统直流供电方案那样采用低压交流侧母线并联的方式。这样当变压器维修或一路电网故障时，下游所连接的IT等设备供电将失去冗余，有部分IT设备将面临宕机的风险。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种直流供电系统及方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本发明的一个方面，提供一种直流供电系统，包括：第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路和所述第二供电电路中至少一个包括移相变压器；所述第一供电电路包括N个第一交流/直流变换电路，所述第二供电电路包括N个第二交流/直流变换电路，其中N为大于等于2的整数；所述N个第一交流/直流变换电路的输出侧一一对应地与所述N个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成N组冗余备份电路。
在一些实施例中，所述第一供电电路和所述第二供电电路的输入侧分别连接至两个独立的交流电源。
在一些实施例中，所述直流供电系统用于为N个负载供电，所述N组冗余备份电路与所述N个负载一一对应地连接，且每个所述负载均包含第一电源变换装置和第二电源变换装置；其中，在每组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路的输出侧和所述第二交流/直流变换电路的输出侧分别连接至对应的所述负载的所述第一电源变换装置的输入侧和所述第二电源变换装置的输入侧。
在一些实施例中，所述N为偶数，所述直流供电系统用于为N/2个负载供电，每两个所述N组冗余备份电路作为一个单元与N/2个负载一一对应连接，且每个所述负载均包含第一电源变换装置和第二电源变换装置；其中，在所述单元的其中一组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路的输出侧和所述第二交流/直流变换电路的输出侧均连接至对应的所述负载的所述第一电源变换装置的输入侧；以及，在所述单元的另一组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路的输出侧和所述第二交流/直流变换电路的输出侧均连接至对应的所述负载的所述第二电源变换装置的输入侧。
在一些实施例中，所述第一交流/直流变换电路和所述第二交流/直流变换电路均包括多个输出侧并联的交流/直流变换单元，且每个所述交流/直流变换单元连接至所述移相变压器。
在一些实施例中，所述第一交流/直流变换电路和所述第二交流/直流变换电路的所述输出侧的电压均为270V或380V。
在一些实施例中，在每组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路和所述第二交流/直流变换电路的所述输出侧还并联连接有一直流储能电源。
在一些实施例中，所述第一供电电路包括移相变压器，所述移相变压器的二次侧包括一组移相绕组，每个所述第一交流/直流变换电路的输入侧均与所述移相绕组连接。
在一些实施例中，所述第一供电电路包括移相变压器，所述移相变压器的二次侧包括N组移相绕组，每个所述第一交流/直流变换电路的输入侧一一对应地与所述N组移相绕组连接。
在一些实施例中，所述一组移相绕组包括18个绕组。
在一些实施例中，在每个所述负载中，所述第一电源变换装置和所述第二电源变换装置的输出侧并联。
根据本发明的另一个方面，提供一种直流供电方法，应用于根据本发明第一方面所述的直流供电系统，所述方法包括：检测所述直流母排上的直流电流，根据所述第一供电电路和所述第二供电电路的输出功率，控制所述直流电流。
本发明实施例中的直流供电系统及方法通过在第一供电电路的至少两个交流/直流变换电路的输出侧和第二供电电路的至少两个交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成冗余备份电路，可以使得负载的供电电源在变压器维修时或部分电网故障时具有正常供电，实现了对负载供电的冗余设计。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出相关技术中的传统直流供电方案的示意图；
图2示意性示出相关技术中的中压直变直流供电方案的示意图；
图3示意性示出本发明一种实施例中的供电电路的示意图；
图4示意性示出本发明一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图5示意性示出本发明另一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图6示意性示出本发明又一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图7示意性示出本发明又一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图8示意性示出本发明又一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图9示意性示出本发明又一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图10示意性示出本发明又一种实施例中的直流供电系统的示意图；
图11示意性示出本发明又一种实施例中的直流供电系统的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“所述”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
在相关技术中，移相变压器的低压交流侧有多个绕组，不能像传统直流供电方案那样采用低压交流侧母线并联的方式。这样，在包含移相变压器的直流供电系统中，当变压器维修或一路电网故障时，下游所连接的IT等设备供电将失去冗余，有部分IT设备将面临宕机的风险。
为解决以上技术问题，本示例实施方式中提供了一种直流供电系统，以实现负载的冗余供电。
本发明实施例中的一种直流供电系统包括第一供电电路和第二供电电路。第一供电电路和第二供电电路中至少一个包括移相变压器。第一供电电路包括N个第一交流/直流变换电路，第二供电电路包括N个第二交流/直流变换电路，其中N为大于等于2的整数。N个第一交流/直流变换电路的输出侧一一对应地与N个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成N组冗余备份电路。
这样，在为第一供电电路供电的电网出现故障或者第一供电电路的变压器维修时，第二供电电路的第二交流/直流变换电路的输出侧可以通过直流母排代替第一供电电路提供电能，实现了对负载的冗余供电。
在本发明实施例中，第一交流/直流变换电路和第二交流/直流变换电路均可以包括多个输出侧并联的交流/直流变换单元。如图3所示，第一交流/直流变换电路320可以包括交流/直流变换单元321、交流/直流变换单元322和交流/直流变换单元323，第二交流/直流变换电路330可以包括交流/直流变换单元331、交流/直流变换单元332和交流/直流变换单元333，每个交流/直流变换单元连接至移相变压器310。但在实际应用中，第一交流/直流变换电路或第二交流/直流变换电路中的交流/直流变换单元的数量并不局限于此。
如图4至图9所示，第一供电电路411和第二供电电路412的输入侧分别连接至两个独立的交流电源。这里，交流电源可以为提供10KV交流电的电网或者发电机。
在本发明实施例中，每个负载均包含第一电源变换装置和第二电源变换装置。如图4所示，第一电源变换装置和第二电源变换装置分别包括多个并联连接的PSU(PowerSupply Unit，电源供应单元)，并同时为负载405供电。
在本发明实施例中，在每个负载中，第一电源变换装置和第二电源变换装置的输出侧并联，为负载提供冗余备份电源。
在本发明一种实施例中，N为偶数，直流供电系统包括N组冗余备份电路，用于为N/2个负载供电，并且，N组冗余备份电路中的每两组冗余备份电路作为一个单元分别与N/2个负载一一对应连接。其中，在每个单元的其中一组冗余备份电路中，第一交流/直流变换电路的输出侧和第二交流/直流变换电路的输出侧均连接至对应的负载的第一电源变换装置的输入侧；以及，在该单元的另一组冗余备份电路中，第一交流/直流变换电路的输出侧和第二交流/直流变换电路的输出侧均连接至对应的负载的第二电源变换装置的输入侧。
如图4所示，取N＝2，2个第一交流/直流变换电路413分别和2个第二交流/直流变换电路414的输出侧通过直流母线一一对应的并联连接，构成2组冗余备份电路，为一个负载405供电。
如图5所示，取N＝4，直流供电系统用于为2个负载，即负载505和负载506供电。第一供电电路和第二供电电路均包括移相变压器401。第一供电电路包括4个第一交流/直流变换电路，即整流调压系统A1至A4，第二供电电路包括4个第二交流/直流变换电路，即整流调压系统B1至B4。4个第一交流/直流变换电路的输出侧一一对应地与4个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成4组冗余备份电路。4组冗余备份电路中每两组作为一个单元与2个负载一一对应连接。
其中，整流调压系统A1和整流调压系统B1的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，整流调压系统A2和整流调压系统B2的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，这两组冗余备份电路作为一个单元与负载505连接。整流调压系统A3和整流调压系统B3的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，整流调压系统A4和整流调压系统B4的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，这两组冗余备份电路作为一个单元与负载506连接。
如图6所示，取N＝2n，其中n为大于等于1的整数，第一供电电路包括2n个第一交流/直流变换电路，即整流调压系统A1至A2n，第二供电电路包括2n个第二交流/直流变换电路，即整流调压系统B1至B2n。2n个第一交流/直流变换电路一一对应的和2n个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母线并联连接，构成2n组冗余备份电路，为n个负载供电。
其中，整流调压系统A1和整流调压系统B1的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，整流调压系统A2和整流调压系统B2的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，这两组冗余备份电路作为一个单元与负载605连接。整流调压系统A2n-1和整流调压系统B2n-1的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，整流调压系统A2n和整流调压系统B2n的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，这两组冗余备份电路作为一个单元与负载606连接。
在本发明一种实施例中，直流供电系统还可以用于为N个负载供电，N组冗余备份电路与N个负载一一对应地连接。其中，在每组冗余备份电路中，第一交流/直流变换电路的输出侧和第二交流/直流变换电路的输出侧并联连接后分别连接至对应的负载的第一电源变换装置的输入侧和第二电源变换装置的输入侧。
如图7所示，取N＝2，第一供电电路包括2个第一交流/直流变换电路，即整流调压系统A1和A2，第二供电电路包括2个第二交流/直流变换电路，即整流调压系统B1和B2。2个第一交流/直流变换电路分别和2个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母线一一对应的并联连接，构成2组冗余备份电路，分别为2个负载供电。
其中，整流调压系统A1和整流调压系统B1的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载705的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。整流调压系统A2和整流调压系统B2的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载706的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。
如图8所示，取N＝3，第一供电电路包括3个第一交流/直流变换电路，即整流调压系统A1至A3，第二供电电路包括3个第二交流/直流变换电路，即整流调压系统B1至B3。3个第一交流/直流变换电路分别和3个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母线一一对应的并联连接，构成3组冗余备份电路，为3个负载供电。
其中，整流调压系统A1和整流调压系统B1的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载805的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。整流调压系统A2和整流调压系统B2的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载806的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。整流调压系统A3和整流调压系统B3的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载807的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。
如图9所示，取N＝n，第一供电电路包括n个第一交流/直流变换电路，即整流调压系统A1至An，第二供电电路包括n个第二交流/直流变换电路，即整流调压系统B1至Bn。n个第一交流/直流变换电路分别和n个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母线一一对应的并联连接，构成n组冗余备份电路，为n个负载供电。
其中，整流调压系统A1和整流调压系统B1的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载905的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。整流调压系统An和整流调压系统Bn的输出侧连接，作为一组冗余备份电路，分别与负载906的第一电源变换装置和第二电源变换装置连接。
在本发明实施例中，第一交流/直流变换电路和第二交流/直流变换电路的输出侧的电压均可以为270V或380V。
在每组冗余备份电路中，第一交流/直流变换电路和第二交流/直流变换电路的输出侧还并联连接有一直流储能电源，如图4中的电池A和电池B。直流储能电源可以存储电能，并在直流供电系统的变压器维修或一路电网故障时进行放电，相当于为负载提供冗余备份电源。
在本发明实施例中，第一供电电路和第二供电电路中的一个或两个可以为采用移相变压器的中压直变直流供电系统。第一供电电路和第二供电电路中的一个可以为采用传统变压器的传统直流供电系统。
如图10和图11所示，第一供电电路采用移相变压器101，第二供电电路采用传统变压器201。
如图10所示的直流供电系统的第一交流/直流变换电路和第二交流/直流变换电路的输出侧的并联方式以及与负载的连接方式与如图6所示的直流供电系统相同。
如图11所示的直流供电系统的第一交流/直流变换电路和第二交流/直流变换电路的输出侧的并联方式以及与负载的连接方式与如图9所示的直流供电系统相同。
第一供电电路包括移相变压器，移相变压器的二次侧可以包括一组移相绕组，每个第一交流/直流变换电路的输入侧均与该组移相绕组连接。移相变压器的二次侧也可以包括N组移相绕组，每个第一交流/直流变换电路的输入侧一一对应地与N组移相绕组连接。
在本发明实施例中，一组移相绕组可以包括18个绕组，但在实际应用中，一组移相绕组中的绕组数目并不局限于此。
在本发明实施例中，还提供一种直流供电方法，应用于上述技术方案中的直流供电系统，该直流供电方法包括：检测直流母排上的直流电流，根据第一供电电路和第二供电电路的输出功率，控制直流电流。
这样，在为第一供电电路供电的电网出现故障或者第一供电电路的变压器维修时，可以检测到直流母排上的直流电流的变化，即第一供电电路和第二供电电路的输出电流的变化，从而可以根据第一供电电路和
第二供电电路的输出电流的变化控制直流电流，使得第二供电电路的第二交流/直流变换电路的输出侧可以通过直流母排代替第一供电电路提供电能，实现了对负载的冗余供电。
本发明实施例中的直流供电系统及方法通过在第一供电电路的至少两个交流/直流变换电路的输出侧和第二供电电路的至少两个交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成冗余备份电路，可以使得负载的供电电源在变压器维修时或部分电网故障时具有正常供电，实现了对负载供电的冗余设计。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (12)

1.一种直流供电系统，其特征在于，包括：
第一供电电路和第二供电电路，所述第一供电电路和所述第二供电电路中至少一个包括移相变压器；
所述第一供电电路包括N个第一交流/直流变换电路，所述第二供电电路包括N个第二交流/直流变换电路，其中N为大于等于2的整数；
所述N个第一交流/直流变换电路的输出侧一一对应地与所述N个第二交流/直流变换电路的输出侧通过直流母排并联连接，构成N组冗余备份电路。
2.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述第一供电电路和所述第二供电电路的输入侧分别连接至两个独立的交流电源。
3.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述直流供电系统用于为N个负载供电，所述N组冗余备份电路与所述N个负载一一对应地连接，且每个所述负载均包含第一电源变换装置和第二电源变换装置；
其中，在每组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路的输出侧和所述第二交流/直流变换电路的输出侧分别连接至对应的所述负载的所述第一电源变换装置的输入侧和所述第二电源变换装置的输入侧。
4.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述N为偶数，所述直流供电系统用于为N/2个负载供电，每两个所述N组冗余备份电路作为一个单元与N/2个负载一一对应连接，且每个所述负载均包含第一电源变换装置和第二电源变换装置；
其中，在每个所述单元的其中一组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路的输出侧和所述第二交流/直流变换电路的输出侧均连接至对应的所述负载的所述第一电源变换装置的输入侧；以及，在所述单元的另一组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路的输出侧和所述第二交流/直流变换电路的输出侧均连接至对应的所述负载的所述第二电源变换装置的输入侧。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的直流供电系统，其特征在于，所述第一交流/直流变换电路和所述第二交流/直流变换电路均包括多个输出侧并联的交流/直流变换单元，且每个所述交流/直流变换单元连接至所述移相变压器。
6.根据权利要求3或4中任一项所述的直流供电系统，其特征在于，所述第一交流/直流变换电路和所述第二交流/直流变换电路的所述输出侧的电压均为270V或380V。
7.根据权利要求3或4中任一项所述的直流供电系统，其特征在于，在每组冗余备份电路中，所述第一交流/直流变换电路和所述第二交流/直流变换电路的所述输出侧还并联连接有一直流储能电源。
8.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述第一供电电路包括移相变压器，所述移相变压器的二次侧包括一组移相绕组，每个所述第一交流/直流变换电路的输入侧均与所述移相绕组连接。
9.根据权利要求1所述的直流供电系统，其特征在于，所述第一供电电路包括移相变压器，所述移相变压器的二次侧包括N组移相绕组，每个所述第一交流/直流变换电路的输入侧一一对应地与所述N组移相绕组连接。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的直流供电系统，其特征在于，所述一组移相绕组包括18个绕组。
11.根据权利要求3或4所述的直流供电系统，其特征在于，在每个所述负载中，所述第一电源变换装置和所述第二电源变换装置的输出侧并联。
12.一种直流供电方法，应用于根据权利要求1至11任一项所述的直流供电系统，其特征在于，所述方法包括：检测所述直流母排上的直流电流，根据所述第一供电电路和所述第二供电电路的输出功率，控制所述直流电流。
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