CN114374259A - 预制化供电模块、供电控制方法及装置、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种预制化供电模块、供电控制方法及装置、存储介质：所述预制化供电模块包括：N+1变压器及ATS，其中，N+1变压器包括：N主用变压器和1备用变压器，其中，备用变压器连接在公共备份回路；一个主用变压器的后端均配置有M+1的不间断电源UPS；其中，M+1的UPS的输出相互之间构成分布式冗余备份；一个所述UPS对应一个所述ATS，其中，所述ATS，连接在所述变压器和所述UPS之间。
Description
技术领域
本申请涉及供电技术领域，尤其涉及一种预制化供电模块、供电控制方法及装置、存储介质。
背景技术
在供电过程中，供电模块难免会出现电路异常，导致供电异常。但是任何的供电异常都可能导致负载异常，甚至不可估量的损失。例如，若负载为IT负载，若电路异常导致的供电，很可能会导致IT负载宕机等问题。
了解决供电异常，数据中心是支撑关键数字服务的基础设施。为了保证数据中心供电模块的高可靠运营，通常会引入不间断供电电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)在电路异常时进行短时间的供电。UPS系统往往采用N+1的UPS配置,实现分布式备份。
图1所示为一种N+1的UPS的分布式冗余供电示意图。分布式冗余N+1的UPS，标准分布式冗余缺点是初期部署需要以多套变压器和相应UPS做一次投资，如果初期负载容量较少，分布式冗余投资难以做到灵活性。例如上面配置3套变压器和UPS，实际初期负载需要1台变压器满载的情况下，做分布式冗余(DR)系统初投资较高，总之，分布式冗余N+1的UPS缺点是初期部署需要以多套变压器和相应UPS做一次投资，如果初期负载容量较少，分布式冗余投资难以做到灵活性。
图2是2+1的UPS的分布式冗余供电模块，切换到3+1的UPS的分布式冗余供电模块。从前例的2+1的UPS的分布式冗余，扩容到3+1的UPS的分布式冗余，负载的配电组合分配会变成6种，即AB,AC,AD,BC,BD,CD。如果升级到4+1，则有10种组合。这种设计方式的缺点是，扩容时候的负载分配组合复杂度提升较多，提高设计复杂度以及运营难度。
图2是另一种分布式冗余供电模块，N+1的UPS的供电模组设计方式还有公共冗余(Block Redundant)系统，虽然能够解决分期部署问题，但是因为引入静态切换开关(STS)，整体供电模块成本较高。
发明内容
本申请实施例提供一种预制化供电模块、供电控制方法及装置、存储介质。
本申请的技术方案是这样实现的：
本公开实施例第一方面提供一种预制化供电模块，所述预制化供电模块包括：
N+1变压器，其中，N+1变压器包括：N主用变压器和1备用变压器，其中，备用变压器连接在公共备份回路；
各所述主用变压器的后端均配置有M+1的不间断电源UPS；其中，M+1的UPS的输出相互之间构成分布式冗余备份；自动转换开关ATS，一个所述UPS对应一个所述ATS，其中，所述ATS，连接在所述变压器和所述UPS之间。
基于上述方案，所述预制化供电模块述供电模块还包括：
在每一个所述ATS的后端，还设置位于所述UPS外的维修旁路；
所述维修旁路上设置有维修开关；
在所述UPS正常状态工作时，所述维修开关处于断开状态。
基于上述方案，所述预制化供电模块还包括：
隔离间；
其中，不同的所述变压器位于不同的隔离间内。
基于上述方案，不同的所述UPS位于不同的隔离间内。
基于上述方案，所述变压器和所述UPS位于不同的隔离间内。
本公开实施例第二方面提供一种供电控制方法，应用于前述任意技术方案提供的预制化供电模块中，所述方法包括：
检测各个UPS的主用路径是否供电正常；
若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS输入切换到公共备份回路上，其中，若所述UPS输入供电异常，所述UPS进入到放电模式自动供电。
基于上述方案，所述方法还包括：
确定异常的持续时长是否达到第一设定时长；
所述若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上，包括：
若所述UPS所在主用路径异常且异常的持续时长达到所述第一设定时长，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上。
基于上述方案，所述方法还包括：
确定所述UPS所在主用路径的异常是否排除；
确定所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长是否达到第二设定时长；
若所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长达到所述第二设定时长，通过所述ATS切换将所述主用路径上。
本公开实施例第三方面提供一种供电控制装置，所述装置包括：
检测模块，用于检测各个UPS的主用路径是否供电正常；
切换模块，用于若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上，其中，若所述UP输入供电异常，所述UPS进入到放电模式自动供电。
本公开实施例第四方面提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机指令被处理器执行，能够实现前述任意技术方案提供的供电控制方法。
在设置有主用变压器后端，通过ATS连接M+1的UPS，相当于使用STS的预制化供电模块，采用了造价更低的ATS取代STS，具有造价成本低的特点。与此同时，采用本公开实施例提供的预制化供电模块还具有扩容灵活方便的特点。
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，并不能限制本申请。
附图说明
图1为一种供电模块示意图；
图2为一种供电模块示意图；
图3为本申请实施例提供的一种预制化供电模块的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种预制化供电模块的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种ATS、UPS及维修旁路的连接示意图；
图6为本申请实施例提供的一种变压器及UPS分别通过隔离间进行隔离的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种供电控制模块的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的一种供电控制模块的流程示意图；
图9为本申请实施例提供的一种预制化供电模块的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“模组”或“电路”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“模组”或“电路”可以混合地使用。
如图3及图9所示，本公开实施例提供一种预制化供电模块，所述预制化供电模块包括：
N+1变压器，其中，N+1变压器包括：N主用变压器和1备用变压器，其中，备用变压器连接在公共备份回路；
各所述主用变压器的后端均配置有M+1的不间断电源UPS；其中，M+1的UPS的输出相互之间构成分布式冗余备份；
自动转换开关ATS，一个所述UPS对应一个所述ATS，其中，所述ATS，连接在所述变压器和所述UPS之间。
在本公开实施例中，M+1的UPS中的M表示负载功率容量。因此M+1的UPS中有1的UPS的输出可用于构成分布式冗余备份。
在本公开实施例中，N+1变压器中N主用变压器和1备用变压器。一个主用变压器对应于一个供电模块。1备用变压器连接在公共备份回路上，用于对N主用变压器所在供电模块进行供电备份。N+1变压器中的任意一个变压器能够提供的功率容量可等于所连接负载所需的功率容量。
M+1的UPS中M的UPS能够提供的功率值，可等于一个主用变压器后端所连接负载的总功率容量。其中，M+1的UPS中1的UPS可用于形成分布式冗余备份。
参考图9所示，在一个主用变压器下方的任意一路负载500kVA且有3路负载，则负载功率容量为1500kVA，而N+1变压器表示，变压器为1500kVA*(N+1)，即一个主用变压器的功率容量就是1500kVA，即主用变压器能够提供的功率等于其后端所连接负载所需的负载功率容量。负载功率为1500kVA(500kVA*3)，则UPS配置(2+1)*750kVA，所以是M+1的UPS。M为正整数。
在本公开实施例中提供的预制化供电模块中将ATS设置在变压器的后端和UPS的前端，具有成本低的特点。
这M+1的UPS彼此互为备份，构成了分布式冗余备份，通过这种分布式冗余备份确保负载双路持续供电。
所述变压器用于将市电电压转换为负载所需的电压。例如，变压器可以将市电电压进行降压后输入电压负载，或将市电电压升压后输入高压负载内。
在M+1的UPS的前端设置有ATS，此处的一个UPS设置有一个ATS。ATS相比静态开关STS成本低，降低了造价成本。
参考图3所示，公共备份回路即为图3中的RESERVE POWER BLOCK。图3中的POWERBLOCK-1是M+1变压器中的主用变压器所在的UPS所在主用路径的主供电力模块。
图4为在图3基础上灵活扩展的示意图，可见采用本公开实施例提供的预制化供电模块实现了灵活和简便扩展。图4在图3的基础上增加了POWER BLOCK-2至POWER BLOCK-S。S可为大于或等于2的任意正整数。
如图5所示，一个ATS，具有两个输入端，通常ATS的一个输入端作连接在供电的主用路径中，另一个连接在供电的从路中。在ATS的主用路径异常时，ATS闭合备路，通过备路供电。
在本公开实施例中，ATS是能够自动切换的开关，由于将UPS输入设置ATS之后，如此在ATS切换的过程中，UPS可以利用电池能量向负载供电，从而实现对输出负载的连续供电。
本公开实施例提供的供电模块是一种预制化供电模块，可以为生产厂家预先设置好，购买者直接购买安装即可。
在本公开实施例中，所述预制化供电模块连接的负载可为各种类型的负载。在一些实施例中，所述负载可为IT负载。例如，这种预制化供电模块可应用于数据中心，用于向数据中心的服务器供电。
本公开实施例提供的电力模块是一种预制化的电力模块，可以简称预制化电力模块。
在一个实施例中，所述预制化供电模块述供电模块还包括：
在每一个所述ATS的后端，还设置位于所述UPS外的维修旁路；
所述维修旁路上设置有维修开关；
在所述UPS正常状态工作时，所述维修开关处于断开状态。
在一个实施例中，该维修旁路位于UPS外，该维修旁路闭合通电后能隔离UPS输入以及输出回路，以便对UPS进行维护。在UPS正常工作的过程中，该维修旁路上设置的开关(即维修开关)是维持断开状态的，从而旁路也是处于断开状态，电力不通过从该维修旁路输送。在UPS不工作时，可以通过闭合该维修开关，使得该旁路导通，进入变压器输出的电力可以从该旁路向负载供电。
在一个实施例中，所述预制化供电模块还包括：隔离间。
该隔离间用于隔离供电模组中需要隔离的不同电子器件，从而提供供电安全性。
例如，不同的所述变压器位于不同的隔离间内。
参考图6所示，不同的变压器位于不同的隔离间中，该隔离间可为各种类型的隔离间，例如，方舱隔离间或集装箱式隔离间。在隔离间除了放置变压器，还可以放置配电柜，例如，低压配电柜。
为了供电安全，还可以在每一个隔离间中设置消防设备，该消防设备包括但不限于消防气瓶。
在一些实施例中，不同的所述UPS位于不同的隔离间内。同样的通过隔离间的隔离不同的UPS，达到安全供电的目的。
参考如图6所示，一个所述UPS可包含多个电池组，这些电池组在UPS处于充电模式时，通过UPS内部充电器接收输入电力并存储电力；在UPS处于放电模式时，这些电池组可以将存储的电力释放，从而实现对负载供电。
同样地，在配置有UPS的隔离间内可设置配电柜，例如，低压配电柜。
同样地，在UPS所在的隔离间内设置消防设备，同样地，这个消防设备包括但不限于消防气瓶。
在一些实施例中，所述变压器和所述UPS位于不同的隔离间内。此处的变压器既包括：主用变压器，也包含备用变压器。
为了进一步提升供电安全，变压器和UPS也将位于不同的隔离间中。
如图7所示，本公开实施例提供一种供电控制方法，其特征在于，应用于前述任意一个实施例提供的预制化供电模块中，所述方法包括：
S110：检测各个UPS的主用路径是否供电正常；
S120：若存在UPS的主用路径供电异常，通过切换ATS将所述UPS切换到公共备份回路上，其中，若所述UP输入供电异常，所述UPS进入到放电模式自动供电。
一个UPS前端的ATS的两个输入端，分别连接在该UPS的主用路径和公共备份回路上，如此，ATS可以在一个UPS的主用路径和公共备份回路之间切换。
ATS切换的过程中，由于UPS位于ATS的后端，UPS自动进入到放电模式，将自身存储的电量释放给负载，从而实现对负载供电。
公共备份回路和UPS的主用路径，均可通过采样电阻进行电流和/或电压的采样，若采样电阻上的电流为零或者电压为零，可认为UPS的主用路径或公共备份回路异常。当然检测UPS的主用路径和公共备份回路异常的方式有很多种，具体实现不局限于该中。
在所述UPS的主用路径异常时，所述UPS自动进入到放电模式，在放电模式下，所述UPS将自身存储的电能释放，从而向负载供电。
在UPS的主用路径异常时，可以通过ATS从UPS的主用路径切换到公共备份回路，如此，导通的路径从UPS的主用路径切换到公共备份回路。若公共备份回路被导通后，变压器的输出端输出的电力可以从公共备份回路输入UPS及负载，实现对负载供电。
而在ATS从UPS的主用路径切换到公共备份回路的过程中，UPS利用自身存储的电能对负载进行供电，从而即便ATS在切换过程中，既未导通UPS的主用路径也未公共备份回路导通的过程中，位于ATS后端的UPS可以利用自身存储的电能向负载供电，使得负载实现了不间断供电，从而确保了负载供电的连续性。
在一些实施例中，所述方法还包括：
确定异常的持续时长是否达到第一设定时长；
所述ATS从所述UPS的主用路径切换到ATS的公共备份回路，包括：
若所述UPS所在主用路径异常且异常的持续时长达到所述第一设定时长，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上。
在确定出UPS的主用路径异常之后，一方面减少UPS的主用路径异常的误判导致的切换，另一方面为了排除了UPS的主用路径短暂异常可恢复正常导致的频繁切换，会对UPS的主用路径的异常进行计时，在UPS的主用路径的异常持续时长达到第一设定时长之后，才使得ATS从UPS的主用路径切换到公共备份回路。
此时第一设定时长为根据该ATS后端连接UPS存储的电量和负载的耗电量相关。例如，第一设定时长与UPS存储的电量正相关，与负载的耗电量负相关。
在一些实施例中，所述方法还包括：
监控各所述UPS的存储电量；
根据所述存储电量和所述负载的平均耗电量，确定所述第一设定时长。
总之，通过上述方式确定第一设定时长，能够确保通过UPS已有的电量实现对负载的不间断供电。
在一些实施例中，所述方法还包括：
确定所述UPS所在主用路径的异常是否排除；
确定所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长是否达到第二设定时长；
若所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长达到所述第二设定时长，通过所述ATS切换将所述主用路径上。
在所述ATS从所述UPS的主用路径切换到ATS的公共备份回路的过程中，所述UPS进入到放电模式并对负载放电。
通常，ATS导通的主用路径，故在UPS的主用路径故障(即异常)一段时间后，还会检测UPS的主用路径的异常是否排除，若排除了可以及时切换会主用路径进行供电。
但是为了避免主用路径异常的假性排除，会对排除异常的UPS的主用路径的持续时长进行计时，若计时达到第二设定时长，说明UPS的主用路径异常假性排除的概率比较小，此时ATS可以从公共备份回路切回到UPS的主用路径。
第二设定时长可略大于UPS的主用路径异常假性排除的时长，从而减少不必要的切换。
本公开实施例还提供一种供电控制装置，所述装置包括：
检测模块，用于检测各个UPS的主用路径是否供电正常；
切换模块，用于若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上，其中，若所述UP输入供电异常，所述UPS进入到放电模式自动供电。
在一个实施例中，所述装置还包括：
时长模块，还用于确定异常的持续时长是否达到第一设定时长；
所述切换模块，还用于若所述UPS所在主用路径异常且异常的持续时长达到所述第一设定时长，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上。
在一个实施例中，所述装置还包括：
排除模块，用于确定所述UPS所在主用路径的异常是否排除；
判断模块，用于确定所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长是否达到第二设定时长；
所述切换模块，还用于若所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长达到所述第二设定时长，通过所述ATS切换将所述主用路径上。
参考图3和/或图4所示的预制化供电模块，可包括：N+1变压器和每个主用变压器后端连接有M+1的UPS，且变压器与M+1的UPS之间具有ATS。
在N+1变压器中有1变压器公共备份，可以给N变压器提供供电备份。
主用的每组变压器有M+1的UPS，输出构成分布式冗余设计。
其中，可以把上述供电模组做成一套预制化电力模块，每套供电模组可以集成变压器和对应UPS组合成一体化设计，每套UPS做完全物理隔离。
对于N+1变压器设计，公共备份供电模组能够给其他主用变压器模组供电，实现灵活扩容。
参考图8所示，本公开实施例提供的预制化供电模块的供电控制方法可包括：
判断UP输入是否正常；
若否，则UPS放电模式进行UPS放电；
若是，则说明UPS处于在线模式，即连接在供电电路中由变压器输出的电力进行供电；
若UPS处于放电模式，则进一步判断UPS放电是否超过对应的预设时长；
若是超过预设时长，切换UPS输出到公共备份回路。
参考图9所示，在一路负载500kVA且有3路负载，则负载容量为1500kVA，而N+1变压器表示，变压器为1500kVA*(N+1)，则可如图9所示，由2个功率为1500kVA的变压器构成。负载功率是1500kVA(500kVA x 3)，UPS配置(2+1)*750kVA，所以是M+1。
本申请实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行实现本申请任意实施例所述的供电控制方法，例如，至少可实现图7和/或图8所示的方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件可以是、或也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得终端执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是：本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种预制化供电模块，其特征在于，所述预制化供电模块包括：
N+1变压器，其中，N+1变压器包括：N主用变压器和1备用变压器，其中，备用变压器连接在公共备份回路；
各所述主用变压器的后端均配置有M+1的不间断电源UPS；其中，M+1的UPS的输出相互之间构成分布式冗余备份；
自动转换开关ATS，一个所述UPS对应一个所述ATS，其中，所述ATS，连接在所述变压器和所述UPS之间。
2.根据权利要求1所述的预制化供电模块，其特征在于，所述预制化供电模块述供电模块还包括：
在每一个所述ATS的后端，还设置位于所述UPS外的维修旁路；
所述维修旁路上设置有维修开关；
在所述UPS正常状态工作时，所述维修开关处于断开状态。
3.根据权利要求1或2所述的预制化供电模块，其特征在于，所述预制化供电模块还包括：
隔离间；
其中，不同的所述变压器位于不同的隔离间内。
4.根据权利要求3所述的预制化电力模块，其特征在于，不同的所述UPS位于不同的隔离间内。
5.根据权利要求4所述的预制化电力模块，其特征在于，所述变压器和所述UPS位于不同的隔离间内。
6.一种供电控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项提供的预制化供电模块中，所述方法包括：
检测各个UPS的主用路径是否供电正常；
若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上，其中，若所述UP输入供电异常，所述UPS进入到放电模式自动供电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定异常的持续时长是否达到第一设定时长；
所述若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上，包括：
若所述UPS所在主用路径异常且异常的持续时长达到所述第一设定时长，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述UPS所在主用路径的异常是否排除；
确定所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长是否达到第二设定时长；
若所述UPS的主用路径异常排除后维持正常的持续时长达到所述第二设定时长，通过所述ATS切换将所述主用路径上。
9.一种供电控制装置，其特征在于，所述装置包括：
检测模块，用于检测各个UPS的主用路径是否供电正常；
切换模块，用于若存在UPS的主用路径供电异常，通过ATS切换将所述UPS切换到公共备份回路上，其中，若所述UP输入供电异常，所述UPS进入到放电模式自动供电。
10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机指令被处理器执行，能够实现权力要求6至8任一项提供的方法。
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