CN113872181B - 数据中心供配电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种数据中心供配电系统，包括馈电电路、电压能量路由器和交直流负载配电分段母线，其中：所述馈电电路与所述电压能量路由器连接，用于向所述电压能量路由器提供初始电压；所述电压能量路由器与所述交直流负载配电分段母线连接，用于将所述初始电压转换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压。本发明实施例提供的数据中心供配电系统，采用电压能量路由器直接对直接对市电的初始电压进行降压变换，生成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压，相较于目前的数据中心供配电系统，减少高低压配电部分和通信电源系统两部分的多级变换，提高电压变换的综合效率。
Description
技术领域
本发明涉及配电技术领域，尤其涉及一种数据中心供配电系统。
背景技术
现有数据中心供配电系统，如图1所示，由位于高低压室的高低压配电部分和位于电力电池室的通信电源系统两部分组成。主要结构为：10kV市电进入高低压室后，经高压配电设备、工频变压器、低压配电设备后，形成交流380V配电回路，再进入电力电池室经二次低压配电设备，分别进入整流设备和UPS。其中，在整流设备与负48V输出回路中间并入相应电压的蓄电池组，在市电失去时通过蓄电池组为相应电压负荷保障供电输出，经直流配电屏形成直流负48V配电回路；在整流设备与直流336V输出回路中间并入相应电压的蓄电池组，经直流配电屏形成直流336V配电回路；在UPS和交流输出之间配置相应电压的蓄电池，经交流配电屏形成交流380V配电回路。
现有的供配电系统主要缺点包括以下四点：
1、供配电多级工频交流电压变换及多级交直流变换，其综合效率低；
2、直流电压供配范围窄、电压种类单一；
3、不同电压等级不断电系统或直流系统的蓄电池单元重复投资较多、无法复用、占地面积大；
4、供配电系统集成度低，各设备与装置间功能整合、设计、运行维护和工程复杂度大，可靠性低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种数据中心供配电系统。
本发明实施例提供一种数据中心供配电系统，包括馈电电路、电压能量路由器和交直流负载配电分段母线，其中：
所述馈电电路与所述电压能量路由器连接，用于向所述电压能量路由器提供初始电压；
所述电压能量路由器与所述交直流负载配电分段母线连接，用于将所述初始电压转换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压。
进一步地，所述系统还包括储能池，所述储能池与所述电压能量路由器内的直流总线连接，用于储能，并在直流总线电压低或市电断电时，根据储能池容量及负载需求为所述负载供电。
进一步地，所述电压能量路由器包括接入模块、能量路由中间级单元和通信电源配电模块，其中：
所述接入模块，与所述馈电电路连接，用于接收所述初始电压，并将所述初始电压输入到所述能量路由中间级单元；
所述能量路由中间级单元，与所述通信电源配电模块连接，用于将所述初始电压变换成降压后的交流或直流电压；
所述通信电源配电模块，与所述交直流负载配电分段母线连接，用于将所述能量路由中间级单元变换成的降压后的交流或直流电压变换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压。
进一步地，所述能量路由中间级单元包括第一电压变换单元、直流总线和第二电压变换单元，其中：
所述第一电压变换单元，分别与所述接入模块和所述直流总线连接，用于将所述初始电压变换成降压后的直流电压，并将所述直流电压输入到直流总线中；
所述直流总线，与所述第二电压变换单元连接，将所述直流电压输入到第二电压变换单元中；
所述第二电压变换单元，与所述通信电源配电模块，用于将所述直流电压变换成交流或直流电压。
进一步地，所述第一电压变换单元包括前级级联全桥单元、高频隔离变压单元和后级变换单元，其中：
所述前级级联全桥单元，与所述高频隔离变压单元连接，用于将所述初始电压变换成降压后的交流电压；
所述高频隔离变压单元，与所述后级变换单元连接，用于将降压后的交流电压变换成降压后的高频交流电压；
所述后级变换单元，与所述直流总线连接，用于将降压后的高频交流电压变换成降压后的直流电压。
进一步地，所述第二电压变换单元包括DC/AC逆变单元和DC/DC变换单元，其中：
所述DC/AC逆变单元和所述DC/DC变换单元均与所述直流总线连接，用于将降压后的直流电压变换为降压后的交流或直流电压。
进一步地，所述前级级联全桥单元包括两个桥臂，分别为左桥臂和右桥臂，每个桥臂包括上下两个IGBT模块，左右桥臂的上下两个IGBT模块的两个中间连接点形成桥臂的左中间连接点和右中间连接点，左中间连接点与高频隔离变压单元的一个接入点连接，右中间连接点与下一级桥臂的左中间连接点连接形成级联，最后一级桥臂的右中间连接点与高频隔离变压单元的另一接入点相连。
进一步地，所述高频隔离变压单元为高频变压器。
进一步地，所述后级变换单元为全桥整流电路。
进一步地，所述接入模块包括隔离柜和计量装置，其中：
所述隔离柜，用于通过分断开关执行初始电压的接入和隔离分断；
所述计量装置，用于采集功率、电能量及其他电参数。
本发明实施例提供的数据中心供配电系统，采用电压能量路由器直接对直接对市电的初始电压进行降压变换，生成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压，相较于目前的数据中心供配电系统，减少高低压配电部分和通信电源系统两部分的多级变换，提高电压变换的综合效率。
附图说明
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一简单地介绍，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为现有数据中心供配电系统的结构框图；
图2为本发明实施例数据中心供配电系统的结构框图；
图3为本发明实施例电压能量路由器的结构示意图；
图4为本发明实施例第一电压变换单元的具体电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
图2示出了本发明一实施例提供的一种数据中心供配电系统的结构框图，参见图2，该系统包括馈电电路11、电压能量路由器12和交直流负载配电分段母线13，其中：
馈电电路11与电压能量路由器12连接，用于向电压能量路由器提供初始电压。
电压能量路由器12与交直流负载配电分段母线13连接，用于将初始电压转换成适用于交直流负载配电分段母线13上连接的负载的所需电压。
对此，需要说明的是，在本发明实施例中，馈电电路可为提供中压段电压的电路，中压段电压可在1-35KV范围内中的电压。该馈电电路接入市电，向电压能量路由器提供中压段的初始电压。
该系统用于供配电，为此，需要将市电输入的初始电压进行降压变换成电网中负载所需的电压。故电压能量路由器在接收到初始电压后，会对初始电压进行降压变换，变换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压。交直流负载配电分段母线用于传输电压，向负载提供所需的电压。
采用集成的高压能量路由器、相比于现有系统，不经工频变压器和UPS，避免多级变换，将中压段电压直接变换为包括储能池的交流380V和支持不同电压等级的直流电。
本发明实施例提供一种数据中心供配电系统，采用电压能量路由器直接对直接对市电的初始电压进行降压变换，生成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压，相较于目前的数据中心供配电系统，减少高低压配电部分和通信电源系统两部分的多级变换，提高电压变换的综合效率。
在上述实施例系统的进一步实施例中，继续参加图2，该系统还包括储能池14，该储能池14与电压能量路由器12内的直流总线连接，用于从直流总线上储存电能，并在直流总线电压低或市电断电时，根据储能池容量及负载需求为负载供电。
该储能池可实现多种分布式储能，包括但不限于化学储能、机械储能、风力、光照等多种储能方式，其通过隔离共用管理装置并入直流总线，且高压能量路由器内部包括一种电压的直流总线，且可与其他高压能量路由器间通过直流联络开关实现互联。
该储能池采用蓄电池，其电压等级并可在450V～750V之间选择配置，极大提高蓄电池的利用率，减少电力电池室占地面积。
在上述实施例系统的进一步实施例中，图3示出了本发明实施例提供的电压能量路由器的结构示意图，参加图3，该电压能量路由器包括接入模块21、能量路由中间级单元22和通信电源配电模块23，其中：
接入模块21，与图1中的馈电电路连接，用于接收初始电压，并将初始电压输入到能量路由中间级单元22。
能量路由中间级单元22，与通信电源配电模块23连接，用于将初始电压变换成降压后的交流或直流电压。
通信电源配电模块23，与图1中的交直流负载配电分段母线连接，用于将能量路由中间级单元变换成的降压后的交流或直流电压变换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压。该通信电源配电模块至少同时包括1组直流开关和交流开关。
对此，需要说明的是，该接入模块21具备隔离、接地、带电显示功能。该接入模块主要包括隔离柜和计量装置。该隔离柜通过分断开关实现中压段的初始电压的接入和隔离分断。该计量装置主要是具备计量功能的多费率双向计量仪表，具备采集功率、电能量及其他电参数的功能。
参见图3，该能量路由中间级单元包括第一电压变换单元221、直流总线222和第二电压变换单元223，其中：
第一电压变换单元221，分别与接入模块21和直流总线222连接，用于将初始电压变换成降压后的直流电压，并将直流电压输入到直流总线中。
直流总线222，与第二电压变换单元223连接，将直流电压输入到第二电压变换单元223中。
第二电压变换单元223，与通信电源配电模块23，用于将直流电压变换成交流或直流电压。
继续参见图3，该第一电压变换单元包括前级级联全桥单元2211、高频隔离变压单元2212和后级变换单元2213，其中：
前级级联全桥单元2211，与高频隔离变压单元2212连接，用于将初始电压变换成降压后的交流电压。
高频隔离变压单元2212，与后级变换单元2213连接，用于将降压后的交流电压变换成降压后的高频交流电压。
后级变换单元2213，与直流总线222连接，用于将降压后的高频交流电压变换成降压后的直流电压。
该前级级联全桥单元直接对市电的交流的初始电压进行降压变换，得到降压后的交流电压。高频隔离变压单元将降压后的交流电压变换成降压后的高频交流电压。后级变换单元将降压后的高频交流电压变换成降压后的直流电压，便于将直流电压输入到直流总线上。
继续参见图3，该第二电压变换单元包括DC/AC逆变单元2231和DC/DC变换单元2232，其中：
该DC/AC逆变单元2231和DC/DC变换单元2232均与直流总线222连接，用于将降压后的直流电压变换为降压后的交流或直流电压。
经直流总线输出的直流电压，在DC/AC逆变单元和DC/DC变换单元的作用下，能够生成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压，例如交流400V、直流48V、直流240V和直流336V等。
该DC/AC逆变单元和DC/DC变换单元均采用模块化设计，能够消除单点故障，提高供配电系统运行效率、减少变电室的占地面积。
图4示出了本发明实施例第一电压变换单元的具体电路结构示意图，参见图4，该前级级联全桥单元2211包括两个桥臂，分别为左桥臂和右桥臂，每个桥臂包括上下两个IGBT模块，左右桥臂的上下两个IGBT模块的两个中间连接点形成桥臂的左中间连接点和右中间连接点，左中间连接点与高频隔离变压单元的一个接入点连接，右中间连接点与下一级桥臂的左中间连接点连接形成级联，最后一级桥臂的右中间连接点与高频隔离变压单元的另一接入点相连。该前级级联全桥单元能够得到降压作用，同时，实现级联的IGBT模块耐压低于中压段电压，可以实现高频开关动作，减少电感及变压器的体积。
该高频隔离变压单元2212为高频变压器。该高频隔离变压单元为高频变压器，起到电气隔离和降压的作用，由于开关频率工作在2KHz-100KHz，远高于50Hz的工频变压器，体积很小，可大幅度降低了铜材成本。
该后级变换单元2213为全桥整流电路，将从高频隔离变压单元出来的高频交流电变换为直流电。
上述实施例提供一种数据中心供配电系统，采用电压能量路由器直接对直接对市电的初始电压进行降压变换，生成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压，相较于目前的数据中心供配电系统，减少高低压配电部分和通信电源系统两部分的多级变换，提高电压变换的综合效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种数据中心供配电系统，其特征在于，包括馈电电路、电压能量路由器和交直流负载配电分段母线，其中：
所述馈电电路与所述电压能量路由器连接，用于向所述电压能量路由器提供初始电压；
所述电压能量路由器与所述交直流负载配电分段母线连接，用于将所述初始电压转换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压；
所述电压能量路由器包括接入模块、能量路由中间级单元和通信电源配电模块，其中：
所述接入模块，与所述馈电电路连接，用于接收所述初始电压，并将所述初始电压输入到所述能量路由中间级单元；
所述能量路由中间级单元，与所述通信电源配电模块连接，用于将所述初始电压变换成降压后的交流或直流电压；
所述通信电源配电模块，与所述交直流负载配电分段母线连接，用于将所述能量路由中间级单元变换成的降压后的交流或直流电压变换成适用于交直流负载配电分段母线上连接的负载的所需电压；
所述能量路由中间级单元包括第一电压变换单元、直流总线和第二电压变换单元，其中：
所述第一电压变换单元，分别与所述接入模块和所述直流总线连接，用于将所述初始电压变换成降压后的直流电压，并将所述直流电压输入到直流总线中；
所述直流总线，与所述第二电压变换单元连接，将所述直流电压输入到第二电压变换单元中；
所述第二电压变换单元，与所述通信电源配电模块，用于将所述直流电压变换成交流或直流电压；
所述第一电压变换单元包括前级级联全桥单元、高频隔离变压单元和后级变换单元，其中：
所述前级级联全桥单元，与所述高频隔离变压单元连接，用于将所述初始电压变换成降压后的交流电压；
所述高频隔离变压单元，与所述后级变换单元连接，用于将降压后的交流电压变换成降压后的高频交流电压；
所述后级变换单元，与所述直流总线连接，用于将降压后的高频交流电压变换成降压后的直流电压。
2.根据权利要求1所述的数据中心供配电系统，其特征在于，所述系统还包括储能池，所述储能池与所述电压能量路由器内的直流总线连接，用于储能，并在直流总线电压低或市电断电时，根据储能池容量及负载需求为所述负载供电。
3.根据权利要求1所述的数据中心供配电系统，其特征在于，所述第二电压变换单元包括DC/AC逆变单元和DC/DC变换单元，其中：
所述DC/AC逆变单元和所述DC/DC变换单元均与所述直流总线连接，用于将降压后的直流电压变换为降压后的交流或直流电压。
4.根据权利要求1所述的数据中心供配电系统，其特征在于，所述前级级联全桥单元包括两个桥臂，分别为左桥臂和右桥臂，每个桥臂包括上下两个IGBT模块，左、右桥臂的上下两个IGBT模块的两个中间连接点形成桥臂的左中间连接点和右中间连接点，左中间连接点与高频隔离变压单元的一个接入点连接，右中间连接点与下一级桥臂的左中间连接点连接形成级联，最后一级桥臂的右中间连接点与高频隔离变压单元的另一接入点相连。
5.根据权利要求1所述的数据中心供配电系统，其特征在于，所述高频隔离变压单元为高频变压器。
6.根据权利要求1所述的数据中心供配电系统，其特征在于，所述后级变换单元为全桥整流电路。
7.根据权利要求1所述的数据中心供配电系统，其特征在于，所述接入模块包括隔离柜和计量装置，其中：
所述隔离柜，用于通过分断开关执行初始电压的接入和隔离分断；
所述计量装置，用于采集功率、电能量及其他电参数。
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