CN115241969A - 一种应用于数据中心储能的双回路ups系统 - Google Patents

一种应用于数据中心储能的双回路ups系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于数据中心储能的双回路UPS系统，包括第一回路和第二回路；所述第一回路的输入端接入第一市电输入端，输出端接入数据中心负载，所述第二回路的输入端接入第二市电输入端，输出端接入所述数据中心负载；所述第一回路中串联有第一UPS主机，所述第一UPS主机和第一双向逆变器并联；所述第二回路中串联有第二UPS主机，所述第二UPS主机和第二双向逆变器并联。采用双回路UPS系统的构架设计，当获取到一路UPS电源发生故障时，控制另外一路UPS电源自动承载设备负载的100％。

Description

一种应用于数据中心储能的双回路UPS系统
技术领域
本发明涉及数据中心储能的技术领域，尤其涉及应用于数据中心储能的双回路UPS系统。
背景技术
在数据中心中，为了满足供电，防止市电的故障带来的数据中心供电问题，需要备用电源，UPS(Uninterruptible Power Supply)电源储能系统作为一种不间断电源可提供不间断供电能力，一旦市电交流输入异常，比如欠压了或者停电了又或者频率异常了，那么UPS会启用备用能源-储能电池组，UPS的整流电路会关断，会把蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给后级负载使用，可应用于数据中心这类对供电连续性要求极高的领域。
但是目前现有技术均采用的单回路储能供电模式，很难满足单路UPS电源发生故障的情况的供电。
发明内容
本发明提供应用于数据中心储能的双回路UPS系统，以解决现有的单路UPS电源发生故障难以满足数据中心供电连续性的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种应用于数据中心储能的双回路UPS系统，其特征在于：
包括第一回路和第二回路；
所述第一回路的输入端接入第一市电输入端，输出端接入数据中心负载，所述第二回路的输入端接入第二市电输入端，输出端接入所述数据中心负载；
所述第一回路中串联有第一UPS主机，所述第一UPS主机和第一双向逆变器并联；
所述第二回路中串联有第二UPS主机，所述第二UPS主机和第二双向逆变器并联。
优选的，所述第一回路还包括与所述第一UPS主机并联的第一维修旁路，所述第一维修旁路设置有第一维修开关；所述第二回路还包括与所述第二UPS主机并联的第二维修旁路，所述第二维修旁路设置有第二维修开关。
优选的，所述第一回路设置有第一回路总开关，所述第二回路设置有第二回路总开关。
优选的，所述第一UPS主机的并联子路径上串联第一UPS开关，所述第二UPS主机的并联子路径上串联第二UPS开关；所述第一双向逆变器的并联子路径上串联第一逆变器开关；所述第二双向逆变器的并联子路径上串联第二逆变器开关。
优选的，所述第一UPS主机的储能连接端连接第一储能电池组，所述第二UPS主机的储能连接端连接第二储能电池组。
优选的，所述第一UPS主机和所述第二UPS主机均通过整流器给第一储能电池组和第二储能电池组充电。
优选的，EMS的信息输入端和第一UPS主机的信息输出端通过Modbus-TCP通讯连接，EMS和第二UPS主机通过Modbus-TCP通讯连接，其中EMS为通讯主机，UPS为通讯从机。
优选的，包括：所述第一UPS主机、所述第二UPS主机和EMS均通过FE接入动环监控网管系统。
优选的，所述第一UPS主机和所述第二UPS主机中均包括整流器和直流交流转换器，在所述第一UPS主机和所述第二UPS主机中：所述市电输入端连接所述整流器的输入端，所述整流器的输出端连接储能电池组的一端，所述储能电池组的另一端连接直流交流转换器的输入端，所述直流交流转换器的输出端连接所述数据中心负载接入端。
优选的，还包括：设置于所述第一市电输入端的第一信号检测装置和设置于所述第二市电输入端的第二信号检测装置，
所述第一信号检测装置和所述第二信号检测装置，用于检测市电的电数据，并发送给EMS。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过应用于数据中心储能的双回路UPS系统，以解决单路UPS电源发生故障的情况无法保证供电的问题。采用双回路UPS系统的构架设计，当获取到一路UPS电源发生故障时，控制另外一路UPS电源自动承载设备负载的100％，有助于更好的降低电源的断电风险，当没有故障时，可实现双倍时长的不间断供电能力。
附图说明
图1为本发明实施例一数据中心储能的双回路UPS系统的电路图；
图2为本发明实施例一数据中心储能的双回路UPS系统的UPS主机内市电与电池组供电原理示意图；
图3为本发明实施例一数据中心储能的双回路UPS系统的UPS主机与EMS的连接示意图；
图4为本发明实施例一数据中心储能的双回路UPS系统的UPS主机与EMS、网管的的通信拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1-3为本发明实施例一提供的应用于数据中心储能的双回路UPS系统的电路图，本实施例可适用于由EMS(储能监控系统)或其他控制器来实现，双回路UPS系统如图1所示，用于连接市电、储能电池组和数据中心负载300，EMS(储能监控系统)可以从BMS(电池管理系统)、UPS系统及市电的信号检测单元中获取信息，并切换双回路UPS系统的工作模式，以及控制市电和储能电池组的对数据中心负载300的供电输出比例。
一种应用于数据中心储能的双回路UPS系统，包括第一回路100和第二回路200；
第一回路100的输入端接入第一市电输入端，输出端接入数据中心负载300，第二回路200的输入端接入第二市电输入端，输出端接入数据中心负载300；
第一回路100中串联有第一UPS主机101，第一UPS主机101和第一双向逆变器102并联；
第二回路200中串联有第二UPS主机201，第二UPS主机201和第二双向逆变器202并联。
采用上述的双回路UPS系统，可以保证其中任一一路UPS电源故障时，另一路UPS电源可以为数据中心提供不间断电源的能力。
本实施例中，第一回路100还包括与第一UPS主机101并联的第一维修旁路，第一维修旁路设置有第一维修开关104；第二回路200还包括与第二UPS主机201并联的第二维修旁路，第二维修旁路设置有第二维修开关204。
第一回路100设置有第一回路总开关105，第二回路200设置有第二回路总开关205。
其中，第一UPS主机101的并联子路径上串联第一UPS开关103，第二UPS主机201的并联子路径上串联第二UPS开关203；第一双向逆变器102的并联子路径上串联第一逆变器开关；第二双向逆变器202的并联子路径上串联第二逆变器开关。
其中，第一UPS主机101的储能连接端连接第一储能电池组106，第二UPS主机201的储能连接端连接第二储能电池组206。本实施例中，储能电池组在系统中接收模块化UPS主机的充放电操作控制，实现电能的储存及放电，并在交流停电前的任意时刻能够提供机房IT负载的15分钟备电保障服务。
其中，第一UPS主机101和第二UPS主机201均通过整流器给第一储能电池组106和第二储能电池组206充电。
如图2所示，UPS模块内部电池与市电主功率拓扑是分开的，一个模块可以实现市电和UPS主机的储能电池组联合给数据中心负载300供电。模块化UPS系统，由于每个模块都可以实现市电和电池的联合供电，故在系统层面可实现市电和UPS主机的储能电池组的联合给数据中心负载300供电。
以下对数据中心储能的双回路UPS系统的工作原理进行介绍：在正常工作状态下，第一UPS开关103和第二UPS开关203都处于闭合状态，只有维修开关处于断开状态。在非正常工作状态下，除了维修开关为闭合状态，其他开关均处于断开状态。
当数据中心负载300启动瞬间，需要非常大的功率，通常是额定功率的两至三倍，工作电压不变，这样工作电流就是额定电流的两三倍，是比较大的工作电流。这时候第一储能电池组106和/或第二储能电池组206就会放电，通过双向逆变器提供给数据中心负载300一部分电源。
在数据中心负载300启动从峰值功率往下降至额定功率的时候，数据中心负载300端会产生反向电动势，一部分经过双向逆变器给第一储能电池组106和/或第二储能电池组206充电，一部分经过旁路回流器，再经过整流器给电池组充电。
在正常工作状态下，第一储能电池组106和/或第二储能电池组206充电都由市电输入端经过整流器给第一储能电池组106和/或第二储能电池组206充电。第一储能电池组106和/或第二储能电池组206内均设有BMS，会自行管控电池组的状态。
其中，第一UPS主机101和第二UPS主机201接受EMS(储能电池管理系统)的调度，根据电池放电电流设定值、负载情况，决定系统中市电、电池供电的分配。
如图4所示的UPS系统的通信拓扑图，EMS的信息输入端和第一UPS主机101的信息输出端通过Modbus-TCP通讯连接，EMS和第二UPS主机201通过Modbus-TCP通讯连接，其中EMS为通讯主机，UPS为通讯从机。采用上述通信连接，实现EMS和UPS主机之间实时、高效、可靠的通信。
本实施例中，双回路UPS系统第一回路100和第二回路200中包括了两路独立的UPS电源，UPS常规工作模式中，每路UPS电源承载设备负载的50％；当获取到一路UPS电源发生故障时，控制另外一路UPS电源自动承载设备负载的100％。
本实施例中，如图4所示，包括：第一UPS主机101、第二UPS主机201和EMS均通过FE接入动环监控网管系统。采用上述通信连接，实现EMS和UPS主机与网管之间实时、高效、可靠的通信。
本实施例中，第一UPS主机101和第二UPS主机201中均包括整流器和直流交流转换器，在第一UPS主机101和第二UPS主机201中：市电输入端连接整流器的输入端，整流器的输出端连接储能电池组的一端，储能电池组的另一端连接直流交流转换器的输入端，直流交流转换器的输出端连接数据中心负载300接入端。
本实施例中，还包括：设置于第一市电输入端的第一信号检测装置和设置于第二市电输入端的第二信号检测装置，第一信号检测装置和第二信号检测装置，用于检测市电的电数据，已实时对动态负荷进行曲线跟踪，并发送给EMS(储能监控系统)。电数据包括电压、电流、频率中的一种或几种，对市电的电数据进行监控判断，如不符合预设条件则生成市电异常信息。信号检测装置可以是设置在UPS电源内的，连接在接入市电侧，也可以是独立设置在市电传输接入侧的检测装置。
电池组的供电功率占总功率的比例可在0％～100％内任意设置、连续变化。此时如负载波动，相应增加或减少的功率由市电承担，而维持电池放电电流的恒定。EMS收集数据中心储能的双回路UPS系统的各类运行参数，并通过储能监控系统的大数据分析，实现双回路UPS系统的实时储能调度。UPS主机接受EMS(储能电池管理系统)的调度，根据电池放电电流设定值、负载情况，决定系统中市电、电池供电的分配。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明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，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于数据中心储能的双回路UPS系统，其特征在于：
包括第一回路和第二回路；
所述第一回路的输入端接入第一市电输入端，输出端接入数据中心负载，所述第二回路的输入端接入第二市电输入端，输出端接入所述数据中心负载；
所述第一回路中串联有第一UPS主机，所述第一UPS主机和第一双向逆变器并联；
所述第二回路中串联有第二UPS主机，所述第二UPS主机和第二双向逆变器并联。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一回路还包括与所述第一UPS主机并联的第一维修旁路，所述第一维修旁路设置有第一维修开关；所述第二回路还包括与所述第二UPS主机并联的第二维修旁路，所述第二维修旁路设置有第二维修开关。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一回路设置有第一回路总开关，所述第二回路设置有第二回路总开关。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一UPS主机的并联子路径上串联第一UPS开关，所述第二UPS主机的并联子路径上串联第二UPS开关；所述第一双向逆变器的并联子路径上串联第一逆变器开关；所述第二双向逆变器的并联子路径上串联第二逆变器开关。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一UPS主机的储能连接端连接第一储能电池组，所述第二UPS主机的储能连接端连接第二储能电池组。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一UPS主机和所述第二UPS主机均通过整流器给第一储能电池组和第二储能电池组充电。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，EMS的信息输入端和第一UPS主机的信息输出端通过Modbus-TCP通讯连接，EMS和第二UPS主机通过Modbus-TCP通讯连接，其中EMS为通讯主机，UPS为通讯从机。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括：所述第一UPS主机、所述第二UPS主机和EMS均通过FE接入动环监控网管系统。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一UPS主机和所述第二UPS主机中均包括整流器和直流交流转换器，在所述第一UPS主机和所述第二UPS主机中：所述市电输入端连接所述整流器的输入端，所述整流器的输出端连接储能电池组的一端，所述储能电池组的另一端连接直流交流转换器的输入端，所述直流交流转换器的输出端连接所述数据中心负载接入端。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：设置于所述第一市电输入端的第一信号检测装置和设置于所述第二市电输入端的第二信号检测装置，
所述第一信号检测装置和所述第二信号检测装置，用于检测市电的电数据，并发送给EMS。
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