CN115275998A - 基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法 - Google Patents
基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115275998A CN115275998A CN202210948199.5A CN202210948199A CN115275998A CN 115275998 A CN115275998 A CN 115275998A CN 202210948199 A CN202210948199 A CN 202210948199A CN 115275998 A CN115275998 A CN 115275998A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power supply
- bus
- photovoltaic
- power
- data center
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 30
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 29
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 23
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 18
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
- H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source when the main path fails, e.g. transformers, busbars
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
- H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
- H02J13/00016—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
- H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
- H02J13/00028—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment involving the use of Internet protocols
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明设计了基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法，属于光伏供电与火电机组供电技术领域；针对光伏发电不稳定的现象，用电化学储能分组，独立并行工作方式，其中电化学储能为充电电路补电接入大数据中心B段，由钳位电路自动完成通断实现自动补电；对火电机组与光伏电力统筹供电，多元多路进行调控和管理，根据设定安全电量，既保证用电的经济性，又达到了安全用电的效果，特别是火电的全天候支持安全应急保证得到了有效执行。无须为受限于天气、季节等环境因素影响光伏发电效率，从而增加成倍的辅助供电设施，直接用光伏冗余电力和电化学储能补足，大大减少了资源的浪费，也减少了用电成本。
Description
技术领域
本发明属于光伏供电与火电机组供电技术领域，具体涉及基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法。
背景技术
基于大数据中心机房供配电系统是一个交叉的系统，涉及到2路市电供电、自有UPS不间断供电、柴油发电机等，每个系统互相交叉，互有影响，这就使供配电系统成为这项基础工程的心脏和大动脉，供配电系统的稳定，能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行。
同时，数据中心对供电可靠性、安全性要求极高，但是电能质量问题也不容忽视，数据中心中存在大量的开关电源、变频设备等非线性负荷设备，这些设备在工作过程中产生大量谐波电流，会给数据中心的配电系统造成严重的谐波污染，不仅影响数据中心的配电系统安全运行，还会大大缩短精密仪器的使用寿命，增加数据中心设备故障率，对设备、文件等造成一定的影响，导致数据的丢失，甚至造成致命的业务中断，给数据中心带来灾难性的后果。
大数据中心供配电系统是大数据中心最重要的基础设施，应在数据中心建设初期予以统筹考虑和全面规划，并根据数据中心对供电可靠性的要求，在供电电源选择、供配电系统布置、供配电系统结构和形式等方面采取相应的技术措施。
如今国家持续推动大数据中心基站实施绿色高质量发展，而推动基础设施绿色发展，就需要风电、太阳能等清洁能源的加入，清洁能源具有取之不尽用之不枯的优势，但也存在着严重的缺点，其不稳定的自然规律无法改变，如太阳能发电，随着光照度、季节、天气的变化，发电量忽高忽低，而数据中心基站用电负荷都需要稳定的供电，这就严重阻碍了其直接应用于用户侧。现有技术方法是太阳能发电通过逆变器变电后并入电网或接入电化学储能系统后供给用电负载。
由此可知，尚未存在全绿色供电的数据中心基站，因为新能源电力最大的特征和应用的首要问题就是电力不稳，而且新能源电力发电时段不在24小时之内，另外，用电时段也无法保证绿色电力24小时随时可用，这样全部由新能源供电技术方案形成的装置就存在严重的缺陷：其中，光伏电力不稳定，直接或通过逆变器内MPPT最大功率跟踪电路后的电压和电流都是不稳定的，或高或低，有时还会停歇，如果像上述技术方案，新能源电量少于用户侧需要电量时由电网补充，因为新能源电力不稳定(如太阳能发电，在多云的白天发电时就会造成电供电量瞬时下降)，电网补充就会频繁通断，既损害设备又不安全，而且数据中心由电网补充时将无法实现全新能源供电。存在明显缺陷和不足。
目前，世界新能源电力管理控制技术的发展趋势之一是即发即用，自发自用，主要就是要解决现有技术存在的变电、输电的资源浪费及无法精确的满足用户要求进行管理配电供电的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明设计了基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法。
基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统，具体包括：
数据中心建设两段高压母线，分别为A段和B段，采用单母线分段接线，两段母线利用母联开关连接；
A段母线通过断路器接入光伏电站工作电源进线1、储能装置进线1和母线PT装置作为母线电压采集、备用电源1、备用电源3；同时，母线上安装快切装置，用于工作电源与备用电源之间的切换；
光伏电站工作电源进线1取自发电厂内光伏组件，光伏组件发出的直流电通过逆变器逆变为交流电，将交流电通过一台升压变压器升压，接引至数据中心建设高压A段母线，作为母线的工作电源；储能装置是电化学蓄电池组通过断路器接入数据中心建设高压A段母线，白天从母线A段上吸收光伏接入电量为蓄电池储电，夜间光伏电站不发电时投入电化学储能蓄电池组放电，为数据中心建设的高压A段母线供电；备用电源1取自发电厂火电1号机组厂用母线段，通过断路器接至数据中心建设高压A段母线，作为母线的第一路备用电源；备用电源3取自电网母线，经过一台降压变压器将其降压，之后通过断路器接至数据中心建设高压A段母线，作为母线的第二路备用电源；
B段母线通过断路器接入光伏电站工作电源进线2、储能装置进线2、母线PT装置作为母线电压采集、备用电源2；同时，母线上安装快切装置，用于工作电源与备用电源之间的切换；
光伏电站工作电源进线2取自发电厂内光伏组件，光伏组件发出的直流电通过逆变器逆变为交流电，将交流电通过一台升压变压器升压，接引至数据中心建设高压B段母线，作为母线的工作电源；储能装置是电化学蓄电池组通过断路器接入数据中心建设高压B段母线，白天从母线B段上吸收光伏接入电量为蓄电池储电，夜间光伏电站不发电时投入电化学储能蓄电池组放电，为数据中心建设的高压A段母线供电；备用电源2取自发电厂火电2号机组厂用母线段，通过断路器接至数据中心建设高压B段母线，作为母线的备用电源；
供电系统进线开关柜所使用的电量，是由光伏组件发出的直流电，沿二相阴/阳直流电缆分别通过逆变器内部IGBT元件转换输出的三相交流电，沿三相交流低压电缆接入干式变箱式变压器低压侧，通过变压器内部绕组铁芯升压为高压电，由干式变箱式变压器高压侧接引出来的三相交流高压电缆送出的；
从火电机组引出有独立3路交流电源分别通过三相交流高压电缆接入，其中两路电源接至大数据中心高压母线A段，另一路电源接至大数据中心高压母线B段，作为大数据中心备用保障工作电源；各备用电源在光伏供电与电化学储能供电期间均不投入使用；只在光伏供电与电化学储能供电面对极特殊情况下，大数据中心高压母线A/B段通过快切装置切入保障大数据中心A/B段母线为其用户侧干式变压器供电；
供电保障系统同时配备后台监控系统与能量管理系统作为控制管理核心；
基于分布式光伏的大数据中心供电保障方法，基于上述基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统实现，具体包括以下步骤：
光伏组件是太阳能发电供电装置，各光伏组件之间通过直流电缆串联、并联连接后接入逆变器直流侧，由逆变器将直流输入逆变为交流输出，多台逆变器通过低压交流电缆汇集至箱式变压器低压侧，再由箱式变压器升压后通过高压交流电缆接入大数据中心A/B段母线进线开关柜，为用户负载供电；
后台监控系统通过MODBUS RTU协议接入电气系统通讯管理机，由PLC系统读取进行实时通讯并上传供电系统测量数据，测量数据包括：各线路的电流、母线电压、频率、有功功率、无功功率及功率因数；全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用电系统的信息，各测量值的实时数据、各种告警信息、微机监控系统的状态信息；通过电力后台监控系统控制微机保护装置实现远程或就地分合闸；
能量管理系统采用开放式、分层分布的网络结构，实现与所有通讯能力的智能设备通信；纵向分两层为场站层和现地层；场站层控制设备按功能分布，现地层控制设备按监控对象设置现地控制单元；
场站层为所有设备监视、测量、控制、管理的中心，通过以太网与现地层相连；场站层设备包括主机兼操作员工作站、接口设备、打印机；场站层完成对整个系统的数据采集、处理、显示和监视、存储功能，并在满足权限和逻辑时，对相应的设备进行控制，还为运行人员提供各种控制管理功能；场站层还提供多种系统接入接口，采用MODBUS通讯协议，通过RS485接口将各现地层设备数据采集至系统；
现地层设备包括逆变器、箱变监控单元、储能就地通信柜及开关站的保护、测量、计量设备；现地层按照不同的电气设备，分别布置在对应的开关柜或箱变内，在站控层及网络失效的情况下，现地层仍能独立完成场站层设备的监视和断路器就地控制功能，实现在现地控制单元对设备进行一对一操作和调节；
所述电化学储能由能量管理系统进行协调控制；在光伏正常发电时，由光伏电力直接为大数据中心负载供电，同时为储能单元进行充电；在光伏出力波动时，能量管理系统控制储能系统，根据光伏出力波动情况，在缺额时储能单元放电超额时充电，使不稳定的光伏电力变得稳定；在夜间、阴雨天等光伏无出力的情况下为数据中心供电，并行完成不同任务；
火电3路备用电源保障供电逻辑如下：
(1)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，及时运行高压母线A/B段备用电源，经1G2母联柜实现自投自复的快切功能；
(2)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，备用电源1失电时，快切装置经逻辑判断后分1G1断路器，合1G2断路器，当备用电源1恢复供电后，快切装置经逻辑判断后分1G2断路器，合1G1断路器；备用电源2失电和恢复供电时母联快切逻辑同备用电源1失电和恢复供电相同；
(3)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，当备用电源1，备用电源2全部失电时，备用电源3经快切装置经逻辑判断后，分1G1和2G1断路器后，合1G3断路器，确保供电的持续与稳定。当备用电源1，备用电源2供电恢复后，需人为分1G3断路器后，恢复备用电源1和备用电源2供电。
本发明有益技术效果：
本发明技术方案针对光伏发电不稳定的现象，用电化学储能分组，独立并行工作方式，其中电化学储能为充电电路补电接入大数据中心B段，由钳位电路自动完成通断实现自动补电，简单方便、节省投资、提高效率、减少损耗。本发明对电化学储能与光伏电力统筹供电，多元多路进行调控和管理，通过设定安全电量，既保证用电的经济性，又达到了安全用电的效果，特别是火电的全天候支持安全应急保证得到了有效执行。本发明的技术方案，无须为受限于天气、季节等环境因素影响光伏发电效率，从而增加成倍的辅助供电设施，在大数据中心少量、超量用电的日子，直接用光伏冗余电力和电化学储能补足，这样大大减少了资源的浪费，也减少了用电成本。最重要的是实现了国家对大数据中心全绿色供电的要求。
附图说明
图1本发明实施例基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统电气原理图；
图2本发明实施例基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统布置图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明；
本发明结合大数据中心所用负载量与所需保障条件，利用闲置空地建设分布式光伏，采用自发自用模式，同时配套电化学储能设施，满足大数据中心的全绿色供电需求。
本发明设计了基于分布式光伏的大数据中心绿色供电保障系统及方法。
基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统，具体包括：
如图1和图2所示大数据中心电力配电系统包括1G1/2G1工作进线备用保障开关柜、1G3工作进线备用保障开关柜、1G5/1G6/2G3真空断路器馈线柜、1G4/2G2母线PT柜、1G2母联柜、BO1干式变压器柜、1G7/2G5光伏接入柜、1G8/2G6光伏母线PT柜、1G9/2G7光伏进线柜、2G4储能接入柜、AA1/AA2 380V站用低压配电柜、Y01/Y02/Y03一体化电源系统。
数据中心建设两段高压6kV母线，分别为6kV A段和6kV B段，采用单母线分段接线，两段母线利用母联开关连接；
6kVA段母线通过断路器接入光伏电站工作电源进线1、储能装置进线1和母线PT装置作为母线电压采集、备用电源1、备用电源3；同时，母线上安装快切装置，用于工作电源与备用电源之间的切换；
本实施例结合大数据中心开发时序，合理建设分布式光伏电站和储能设施，保证涵盖大数据中心年用电负荷峰值350万千瓦时电量，可在供电方面建设5.2兆瓦分布式光伏为大数据中心主要电源，自发自用，同时配套2.5MW/4.4MWh储能系统，采用削峰填谷的运行方式，实现光储互补供电再。方案选用单晶硅540Wp光伏组件9620块，选用组串式HG225逆变器进行设计。综合考虑成本、发电量等因素，本技术方案的光伏组件安装方式推荐采用固定安装方式光伏组件方阵采取朝正南、固定倾角安装方式。倾角按32°设计，组件安装净间距为8.45m，水平面年均辐射量为5463.80MJ/m2，光伏方阵各排、列的布置间距应保持在每天9:00～15:00时段内前、后、左、右互不遮挡。
光伏电站工作电源进线1取自发电厂内光伏组件，光伏组件发出的直流电通过逆变器逆变为交流电，将交流电通过一台升压变压器升至6kV，接引至数据中心建设高压6kVA段母线，作为母线的工作电源；储能装置是电化学蓄电池组通过断路器接入数据中心建设高压6kV A段母线，白天从母线6kVA段上吸收光伏接入电量为蓄电池储电，夜间光伏电站不发电时投入电化学储能蓄电池组放电，为数据中心建设的高压6kV A段母线供电；备用电源1取自发电厂火电1号机组厂用6kV母线段，通过断路器接至数据中心建设高压6kV A段母线，作为母线的第一路备用电源；备用电源3取自电网220kV母线，经过一台降压变压器将其降至6kV，之后通过断路器接至数据中心建设高压6kV A段母线，作为母线的第二路备用电源；
6kV B段母线通过断路器接入光伏电站工作电源进线2、储能装置进线2、母线PT装置作为母线电压采集、备用电源2；同时，母线上安装快切装置，用于工作电源与备用电源之间的切换；
光伏电站工作电源进线2取自发电厂内光伏组件，光伏组件发出的直流电通过逆变器逆变为交流电，将交流电通过一台升压变压器升至6kV，接引至数据中心建设高压6kVB段母线，作为母线的工作电源；储能装置是电化学蓄电池组通过断路器接入数据中心建设高压6kV B段母线，白天从母线6kV B段上吸收光伏接入电量为蓄电池储电，夜间光伏电站不发电时投入电化学储能蓄电池组放电，为数据中心建设的高压6kV A段母线供电；备用电源2取自发电厂火电2号机组厂用6kV母线段，通过断路器接至数据中心建设高压6kV B段母线，作为母线的备用电源；
供电系统进线开关柜所使用的电量，是由光伏组件发出的直流电，沿二相阴/阳直流电缆分别通过逆变器内部IGBT元件转换输出的三相交流电，沿三相交流低压电缆接入干式变箱式变压器低压侧，通过变压器内部绕组铁芯升压为高压电，由干式变箱式变压器高压侧接引出来的三相交流高压电缆送出的；
从火电机组引出有独立3路交流电源分别通过三相交流高压电缆接入，其中两路电源接至大数据中心高压母线A段，另一路电源接至大数据中心高压母线B段，作为大数据中心备用保障工作电源；各备用电源在光伏供电与电化学储能供电期间均不投入使用；只在光伏供电与电化学储能供电面对极特殊情况下，大数据中心高压母线A/B段通过快切装置切入保障大数据中心A/B段母线为其用户侧干式变压器供电；
本实施例再利用数据中心展示中心内部多余空间，新增6kV配电室一间。6kV配电装置容量及配电室尺寸。大数据中心配电室目前由5.2MW光伏主供电、电化学储能主供电、3路高压柜电源作为备用保障电源(非极端条件下不许投入。)，1#工作电源取自火电热网A间隔，经1G1柜引入A段高压系统内；2#工作电源取自火电热网B段间隔，经2G1柜引入B段高压系统内；3#取自火电网控高压启备变间隔，经1G3柜引入A段高压系统内。上述工况为正常条件下分布式光伏与电化学储能系统工作状态。
供电保障系统同时配备后台监控系统DLpwer与能量管理系统PCS-9700-ESS作为控制管理核心；
基于分布式光伏的大数据中心供电保障方法，基于上述基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统实现，具体包括以下步骤：
光伏组件是太阳能发电供电装置，各光伏组件之间通过直流电缆串联、并联连接后接入逆变器直流侧，由逆变器将直流输入逆变为800V交流输出，多台逆变器通过低压交流电缆汇集至箱式变压器低压侧，再由箱式变压器升压至6kV后通过高压交流电缆接入大数据中心A/B段母线进线开关柜，为用户负载供电；
后台监控系统通过MODBUS RTU协议接入电气系统通讯管理机，由PLC系统读取进行实时通讯并上传供电系统测量数据，测量数据包括：各线路的电流、母线电压、频率、有功功率、无功功率及功率因数；全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用电系统的信息，各测量值的实时数据、各种告警信息、微机监控系统的状态信息；通过电力后台监控系统控制微机保护装置实现远程或就地分合闸；
后台监控系统DLpwer：完成对整个数据中心供电系统的数据采集、处理、显示和监视、存储功能，并在满足权限和逻辑时，对相应的设备进行控制，还为运行人员提供各种控制管理功能，并提供多种外部系统接入接口，可进行系统维护工作时须有可靠的登录保护，同时还兼具数据服务器的硬件配置，满足大容量历史数据存储的需求，至少可存储一年的生产运营数据，监控主机可同时兼做操作员及工程师站，运行人员可通过操作员兼工程师工作站对数据中心供电系统各一次及二次设备进行运行监测和操作控制。
能量管理系统PCS-9700-ESS采用开放式、分层分布的网络结构，实现与所有通讯能力的智能设备通信；纵向分两层为场站层和现地层；场站层控制设备按功能分布，现地层控制设备按监控对象设置现地控制单元；
场站层为所有设备监视、测量、控制、管理的中心，通过以太网与现地层相连；场站层设备包括主机兼操作员工作站、接口设备、打印机；场站层完成对整个系统的数据采集、处理、显示和监视、存储功能，并在满足权限和逻辑时，对相应的设备进行控制，还为运行人员提供各种控制管理功能；场站层还提供多种系统接入接口，采用MODBUS通讯协议，通过RS485接口将各现地层设备数据采集至系统；
现地层设备包括逆变器、箱变监控单元、储能就地通信柜及开关站的保护、测量、计量设备；现地层按照不同的电气设备，分别布置在对应的开关柜或箱变内，在站控层及网络失效的情况下，现地层仍能独立完成场站层设备的监视和断路器就地控制功能，实现在现地控制单元对设备进行一对一操作和调节；
所述电化学储能由能量管理系统进行协调控制；在光伏正常发电时，由光伏电力直接为大数据中心负载供电，同时为储能单元进行充电；在光伏出力波动时，能量管理系统控制储能系统，根据光伏出力波动情况，在缺额时储能单元放电超额时充电，使不稳定的光伏电力变得稳定；在夜间、阴雨天等光伏无出力的情况下为数据中心供电，并行完成不同任务；
火电3路备用电源保障供电逻辑如下：
(1)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，及时运行高压母线A/B段备用电源，经1G2母联柜实现自投自复的快切功能；
(2)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，备用电源1失电时，快切装置经逻辑判断后分1G1断路器，合1G2断路器，当备用电源1恢复供电后，快切装置经逻辑判断后分1G2断路器，合1G1断路器；备用电源2失电和恢复供电时母联快切逻辑同备用电源1失电和恢复供电相同；
(3)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，当备用电源1，备用电源2全部失电时，备用电源3经快切装置经逻辑判断后，分1G1和2G1断路器后，合1G3断路器，确保供电的持续与稳定。当备用电源1，备用电源2供电恢复后，需人为分1G3断路器后，恢复备用电源1和备用电源2供电。
另外本发明控制电源：控制系统一体化电源取自站用变，经双电源为UPS及高频模块供电，输出DC220V电源为数据中心母线A段高压柜，数据中心母线B段高压柜提供控制及仪表供电，输出AC220V为数据中心母线A段高压柜，数据中心母线B段高压柜提供照明及加热电源，为后台监控系统提供电源。
本发明体现了我国光伏电力管理控制技术的发展趋势，实现了即发即用，自发自用，也体现了智能控制技术趋势，即用户侧管理，可以较好解决现有技术存在的变电、输电的资源浪费及光伏发电无法精确的满足大数据中心要求进行管理配电、供电的保障问题。本发明既满足大数据中心用电负荷安全、绿色、可靠的要求，又贴合国家积极推进大数据中心绿色供电的政策导向。
Claims (5)
1.基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统，其特征在于，具体包括：
数据中心建设两段高压母线，分别为A段和B段，采用单母线分段接线，两段母线利用母联开关连接；
A段母线通过断路器接入光伏电站工作电源进线1、储能装置进线1和母线PT装置作为母线电压采集、备用电源1、备用电源3；同时，母线上安装快切装置，用于工作电源与备用电源之间的切换；
光伏电站工作电源进线1取自发电厂内光伏组件，光伏组件发出的直流电通过逆变器逆变为交流电，将交流电通过一台升压变压器升压，接引至数据中心建设高压A段母线，作为母线的工作电源；储能装置是电化学蓄电池组通过断路器接入数据中心建设高压A段母线，白天从母线A段上吸收光伏接入电量为蓄电池储电，夜间光伏电站不发电时投入电化学储能蓄电池组放电，为数据中心建设的高压A段母线供电；备用电源1取自发电厂火电1号机组厂用母线段，通过断路器接至数据中心建设高压A段母线，作为母线的第一路备用电源；备用电源3取自电网母线，经过一台降压变压器将其降压，之后通过断路器接至数据中心建设高压A段母线，作为母线的第二路备用电源；
B段母线通过断路器接入光伏电站工作电源进线2、储能装置进线2、母线PT装置作为母线电压采集、备用电源2；同时，母线上安装快切装置，用于工作电源与备用电源之间的切换；
光伏电站工作电源进线2取自发电厂内光伏组件，光伏组件发出的直流电通过逆变器逆变为交流电，将交流电通过一台升压变压器升压，接引至数据中心建设高压B段母线，作为母线的工作电源；储能装置是电化学蓄电池组通过断路器接入数据中心建设高压B段母线，白天从母线B段上吸收光伏接入电量为蓄电池储电，夜间光伏电站不发电时投入电化学储能蓄电池组放电，为数据中心建设的高压A段母线供电；备用电源2取自发电厂火电2号机组厂用母线段，通过断路器接至数据中心建设高压B段母线，作为母线的备用电源。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统，其特征在于，供电系统进线开关柜所使用的电量，是由光伏组件发出的直流电，沿二相阴/阳直流电缆分别通过逆变器内部IGBT元件转换输出的三相交流电，沿三相交流低压电缆接入干式变箱式变压器低压侧，通过变压器内部绕组铁芯升压为高压电，由干式变箱式变压器高压侧接引出来的三相交流高压电缆送出。
3.根据权利要求1所述的基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统，其特征在于，从火电机组引出有独立3路交流电源分别通过三相交流高压电缆接入，其中两路电源接至大数据中心高压母线A段，另一路电源接至大数据中心高压母线B段，作为大数据中心备用保障工作电源；各备用电源在光伏供电与电化学储能供电期间均不投入使用；只在光伏供电与电化学储能供电面对极特殊情况下，大数据中心高压母线A/B段通过快切装置切入保障大数据中心A/B段母线为其用户侧干式变压器供电；
供电保障系统同时配备后台监控系统与能量管理系统作为控制管理核心。
4.基于分布式光伏的大数据中心供电保障方法，基于权利要求1基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统实现，其特征在于，具体包括：
光伏组件是太阳能发电供电装置，各光伏组件之间通过直流电缆串联、并联连接后接入逆变器直流侧，由逆变器将直流输入逆变为交流输出，多台逆变器通过低压交流电缆汇集至箱式变压器低压侧，再由箱式变压器升压后通过高压交流电缆接入大数据中心A/B段母线进线开关柜，为用户负载供电；
后台监控系统通过MODBUS RTU协议接入电气系统通讯管理机，由PLC系统读取进行实时通讯并上传供电系统测量数据，测量数据包括：各线路的电流、母线电压、频率、有功功率、无功功率及功率因数；全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用电系统的信息，各测量值的实时数据、各种告警信息、微机监控系统的状态信息；通过电力后台监控系统控制微机保护装置实现远程或就地分合闸；
能量管理系统采用开放式、分层分布的网络结构，实现与所有通讯能力的智能设备通信；纵向分两层为场站层和现地层；场站层控制设备按功能分布，现地层控制设备按监控对象设置现地控制单元；
场站层为所有设备监视、测量、控制、管理的中心，通过以太网与现地层相连；场站层设备包括主机兼操作员工作站、接口设备、打印机；场站层完成对整个系统的数据采集、处理、显示和监视、存储功能，并在满足权限和逻辑时，对相应的设备进行控制，还为运行人员提供各种控制管理功能；场站层还提供多种系统接入接口，采用MODBUS通讯协议，通过RS485接口将各现地层设备数据采集至系统；
现地层设备包括逆变器、箱变监控单元、储能就地通信柜及开关站的保护、测量、计量设备；现地层按照不同的电气设备，分别布置在对应的开关柜或箱变内，在站控层及网络失效的情况下，现地层仍能独立完成场站层设备的监视和断路器就地控制功能，实现在现地控制单元对设备进行一对一操作和调节；
所述电化学储能由能量管理系统进行协调控制；在光伏正常发电时，由光伏电力直接为大数据中心负载供电，同时为储能单元进行充电；在光伏出力波动时，能量管理系统控制储能系统，根据光伏出力波动情况，在缺额时储能单元放电超额时充电，使不稳定的光伏电力变得稳定；在夜间、阴雨天等光伏无出力的情况下为数据中心供电，并行完成不同任务。
5.根据权利要求4所述的基于分布式光伏的大数据中心供电保障方法，其特征在于，火电3路备用电源保障供电逻辑如下：
(1)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，及时运行高压母线A/B段备用电源，经1G2母联柜实现自投自复的快切功能；
(2)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，备用电源1失电时，快切装置经逻辑判断后分1G1断路器，合1G2断路器，当备用电源1恢复供电后，快切装置经逻辑判断后分1G2断路器，合1G1断路器；备用电源2失电和恢复供电时母联快切逻辑同备用电源1失电和恢复供电相同；
(3)当光伏发电与电化学储能设施全部失效时，当备用电源1，备用电源2全部失电时，备用电源3经快切装置经逻辑判断后，分1G1和2G1断路器后，合1G3断路器，确保供电的持续与稳定；当备用电源1，备用电源2供电恢复后，需人为分1G3断路器后，恢复备用电源1和备用电源2供电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210948199.5A CN115275998B (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210948199.5A CN115275998B (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115275998A true CN115275998A (zh) | 2022-11-01 |
| CN115275998B CN115275998B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=83749422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210948199.5A Active CN115275998B (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115275998B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204928230U (zh) * | 2015-08-03 | 2015-12-30 | 杭州感想科技有限公司 | 二义性专用电源控制器 |
| CN105972373A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-09-28 | 辽宁清河发电有限责任公司 | 空预器热一次风出口膨胀节带压堵漏方法 |
| WO2018129829A1 (zh) * | 2017-01-12 | 2018-07-19 | 沃太能源南通有限公司 | 一种新型微网系统以及基于该系统的组网调度方法 |
| WO2019192040A1 (zh) * | 2018-04-26 | 2019-10-10 | 江苏金润龙科技股份有限公司 | 风光柴储智能交流微电网系统 |
| CN110970937A (zh) * | 2019-12-15 | 2020-04-07 | 赣州天目领航科技有限公司 | 一种微电网系统的能量智能化管理方法 |
| WO2022016655A1 (zh) * | 2020-07-24 | 2022-01-27 | 西安热工研究院有限公司 | 一种具有用可控负荷的储能装置参与火电机组一次调频系统 |
-
2022
- 2022-08-09 CN CN202210948199.5A patent/CN115275998B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204928230U (zh) * | 2015-08-03 | 2015-12-30 | 杭州感想科技有限公司 | 二义性专用电源控制器 |
| CN105972373A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-09-28 | 辽宁清河发电有限责任公司 | 空预器热一次风出口膨胀节带压堵漏方法 |
| WO2018129829A1 (zh) * | 2017-01-12 | 2018-07-19 | 沃太能源南通有限公司 | 一种新型微网系统以及基于该系统的组网调度方法 |
| WO2019192040A1 (zh) * | 2018-04-26 | 2019-10-10 | 江苏金润龙科技股份有限公司 | 风光柴储智能交流微电网系统 |
| CN110970937A (zh) * | 2019-12-15 | 2020-04-07 | 赣州天目领航科技有限公司 | 一种微电网系统的能量智能化管理方法 |
| WO2022016655A1 (zh) * | 2020-07-24 | 2022-01-27 | 西安热工研究院有限公司 | 一种具有用可控负荷的储能装置参与火电机组一次调频系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 曹雷鸣;赵立春;贺国宾;邹学毅;刘伟东;: "交流窜入主动防御技术在清河发电直流系统的应用", 东北电力技术, no. 03, 20 March 2018 (2018-03-20) * |
| 胡津源;王书征;: "多能互补新能源电站协调控制策略研究", 电工电气, no. 09, 15 September 2020 (2020-09-15) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115275998B (zh) | 2024-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2018103232A1 (zh) | 一种新能源微电网电动汽车充电站的控制方法 | |
| CN202435048U (zh) | 基于多类型分布式电源及储能单元的微电网系统 | |
| CN202651785U (zh) | 一种交直流混合型微电网系统 | |
| CN108173267B (zh) | 海上风电场与海岛微电网联合监控系统 | |
| Jia et al. | Architecture design for new AC-DC hybrid micro-grid | |
| CN203312825U (zh) | 一种离网型分布式供电系统 | |
| CN105406515A (zh) | 分级控制的独立微网 | |
| CN207753466U (zh) | 一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统 | |
| WO2018103231A1 (zh) | 一种新能源微电网电动汽车充电站 | |
| CN110350562A (zh) | 一种储能电站 | |
| CN210927503U (zh) | 光伏发电和储能一体化供电系统 | |
| CN103532224B (zh) | 一种海上风电场的ups配置方法 | |
| Maina et al. | Recent advancements on power system restoration | |
| CN111049468A (zh) | 光伏发电和储能一体化供电系统及方法 | |
| Huang et al. | Research status and prospect of control and protection technology for DC distribution network | |
| CN110380506A (zh) | 一种用于预制舱式组合设备的分布式并联蓄电池系统 | |
| Zhu et al. | Design and development of a microgrid project at rural area | |
| CN112103978A (zh) | 一种10kV电化学储能电站 | |
| CN217406200U (zh) | 一种应用于新型配电网下的光储消纳系统 | |
| CN115275998B (zh) | 基于分布式光伏的大数据中心供电保障系统及方法 | |
| CN212137297U (zh) | 一种光储充一体化微电网能量管理系统 | |
| CN210273512U (zh) | 一种微网控制系统 | |
| CN113659699A (zh) | 用于基站的应急供电智能控制方法和系统 | |
| CN208209526U (zh) | 海上风电场与海岛微电网联合监控系统 | |
| Yu et al. | Study on black start strategy of multi-microgrids with PV and energy storage systems considering general situations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |