CN115864356A

CN115864356A - 高压直流供电系统

Info

Publication number: CN115864356A
Application number: CN202310127057.7A
Authority: CN
Inventors: 王力; 郭运雄; 刘杰; 程哲; 李勋; 葛静; 王顺意; 罗俊平; 梅成林; 郭小凯; 张金磊; 刘涛
Original assignee: Yonglian Smart Energy Technology Changshu Co ltd; China Southern Power Grid Industry Investment Group Co ltd; Electric Vehicle Service of Southern Power Grid Co Ltd
Current assignee: China Southern Power Grid Industry Investment Group Co ltd; Yonglian Technology Changshu Co ltd; Electric Vehicle Service of Southern Power Grid Co Ltd
Priority date: 2023-02-17
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2043-02-17
Also published as: CN115864356B

Abstract

本申请涉及一种高压直流供电系统，包括母联开关、第一供电装置、第二供电装置以及目标负载，其中，第一供电装置的直流母线处设有第一母联支路；第一母联支路的输出端连接母联开关的一端；第二供电装置的直流母线处设有第二母联支路；第二母联支路的输出端连接母联开关的另一端；目标负载的第一供电输入端连接第一供电装置的直流母线，目标负载的第二供电输入端连接第二供电装置的直流母线；第一供电装置和第二供电装置的直流母线输出电压相同，用于共同对目标负载供电，母联开关在第一供电装置和/或第二供电装置处于工作状态时处于闭合状态。本申请实施例能够确保目标负载处于双路供电状态，进而提高对目标负载进行双路供电的可靠性。

Description

高压直流供电系统

技术领域

本申请涉及电力系统供配电技术领域，特别是涉及一种高压直流供电系统。

背景技术

近年来，互联网、云计算、人工智能以及区块链等技术蓬勃发展，对数据的存储、交换、计算等领域的需求也呈爆发式增长，而这些技术离不开数据中心的支撑；其中，供电系统是数据中心的重要组成部分，数据中心安全可靠、不间断运行离不开高可靠的供电系统。

不间断供电技术能够利用双电源为重要的负载提供持续和稳定的双路供电效果，从而被广泛应用于数据中心的供电系统。目前数据中心常见的不间断供电方式包括AC（Alternating Current，交流电） UPS（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）、高压直流输电HVDC（240V/336V/48V）和市电直供+BBU（Battery Backup Unit，电池备份单元）等。根据建设等级要求，不间断供电技术采用不同的冗余供电模式，比如双冗余（2N）模式，分布式冗余（Distributed Redundancy，DR）模式以及RR（Reserve Redundancy，后备冗余）模式等。

然而，传统数据中心的供电系统中，一旦负载单侧的电源无法向数据中心（IT）负载供电，则该系统无法继续实现对负载进行双路供电，从而引发该供电系统的报警系统发出故障警告提示；传统方案至少存在着供电系统可靠性差，影响数据中心的运营的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够保证供电可靠性的高压直流供电系统。

一方面，本申请提供了一种高压直流供电系统，包括：

母联开关；

第一供电装置，第一供电装置的直流母线处设有第一母联支路；第一母联支路的输出端连接母联开关的一端；

第二供电装置，第二供电装置的直流母线处设有第二母联支路；第二母联支路的输出端连接母联开关的另一端；

目标负载，目标负载的第一供电输入端连接第一供电装置的直流母线，目标负载的第二供电输入端连接第二供电装置的直流母线；

其中，第一供电装置和第二供电装置的直流母线输出电压相同，用于共同对目标负载供电，母联开关在第一供电装置和/或第二供电装置处于工作状态时处于闭合状态。

在其中一个实施例中，第一供电装置包括连接本装置直流母线的主用电源和备用电源，第二供电装置包括连接本装置直流母线的主用电源和备用电源；

其中，备用电源用于在第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源均无法供电的情况下，为目标负载供电。

在其中一个实施例中，母联开关在第一供电装置、第二供电装置和目标负载中的一项或多项需要维护的情况下断开。

在其中一个实施例中，高压直流供电系统还包括第一负载支路开关和第二负载支路开关；

目标负载的第一供电输入端通过第一负载支路开关连接第一供电装置的直流母线，目标负载的第二供电输入端通过第二负载支路开关连接第二供电装置的直流母线；其中，第一负载支路开关和第二负载支路开关用于在目标负载需要维护的情况下断开。

在其中一个实施例中，第一母联支路上设有第一母联支路开关；第二母联支路上设有第二母联支路开关；

母联开关的一端通过第一母联支路开关连接第一供电装置的直流母线，母联开关的另一端通过第二母联支路开关连接第二供电装置的直流母线；

其中，第一母联支路开关和第二母联支路开关用于在母联开关需要维护的情况下断开。

在其中一个实施例中，主用电源包括交流变直流变压器，用于将输入的低压交流电压转变为高压直流电压，备用电源包括直流蓄电池。

在其中一个实施例中，目标负载包括直流变压器，用于将输入的高压直流电压转变为低压直流电压。

在其中一个实施例中，高压直流供电系统包括多个负载，其中，目标负载为多个负载中的任意一个负载。

在其中一个实施例中，高压直流供电系统包括多个供电装置和多个负载，其中，多个负载中的每个负载由多个供电装置中的两个供电装置供电，第一供电装置和第二供电装置为多个供电装置中的两个供电装置，目标负载为多个负载中的任意一个负载。

在其中一个实施例中，母联开关包括断路器、熔断器、可控硅或电操开关。

上述高压直流供电系统，第一供电装置的直流母线通过母联开关所在的线路连接第二供电装置的直流母线；当两个供电装置都处于工作状态，两个供电装置的直流母线输出电压相同，该母联开关所在的线路两端无电压差，也即两个供电装置的输出端虽相连但互不影响，用于共同对目标负载进行双路供电；当两个供电装置中的其中一个供电装置无法正常工作，该母联开关所在的线路两端产生电压差，另外一个供电装置就能通过该母联开关所在的线路连接到该目标负载的输入端，代替该无法正常工作的供电装置为该目标负载进行供电，保证该目标负载处于双路供电状态。本申请实施例能够确保至少有一个供电装置处于正常工作状态时，该目标负载处于双路供电状态，进而提高对目标负载进行双路供电的可靠性。

附图说明

图1为一个实施例中高压直流供电系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中高压直流供电系统的结构示意图；

图3为一个实施例中高压直流供电系统的具体结构示意图；

图4为另一个实施例中高压直流供电系统的具体结构示意图；

图5为一个实施例中用于数据中心的双冗余供电系统的电路结构示意图；

图6为一个实施例中用于数据中心的分布式冗余供电系统的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

传统供电方案在前期设计、项目建设和后期维护中，仍存在很多问题；以传统2N模式、DR模式以及RR模式为例，传统2N供配电系统架构中，单台变压器、或者单10kV母线段发生故障后，IT负载无法实现双路输入不间断。传统DR供配电系统架构中，单台变压器或者单台10kV ATS（Automatic Transfer Switch，双电源自动切换）发生故障后，IT负载无法实现双路输入不间断。传统RR供配电系统架构中，LV ATS发生故障后，IT负载无法实现双路输入不间断。

以上，传统方案中无论是2N模式、DR模式或RR模式，当数据中心（IT）负载前端的HVDC、变压器或上级电源输入故障时，数据中心（IT）负载将不能实现双路输入不间断，使服务器告警，影响数据中心的运维。

本申请实施例则在数据中心（IT）负载直流供电端，利用导线与母联开关将IT负载两侧的直流母线连接在一起，增加母联回路，进而实现一种直流母线双扣的HVDC高压直流供电系统；本申请实施例能够在单台变压器或上级电源输入故障时，负载侧仍能实现双路输入不间断。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种高压直流供电系统，以该系统应用于2N架构、DR架构及RR架构为例进行说明，包括：

母联开关110；

第一供电装置120，第一供电装置120的直流母线122处设有第一母联支路124；第一母联支路124的输出端连接母联开关110的一端a；

第二供电装置130，第二供电装置130的直流母线132处设有第二母联支路134；第二母联支路134的输出端连接母联开关110的另一端b；

目标负载140，目标负载140的第一供电输入端e连接第一供电装置120的直流母线122，目标负载140的第二供电输入端f连接第二供电装置130的直流母线132；

其中，第一供电装置120和第二供电装置130的直流母线输出电压相同，用于共同对目标负载供电，母联开关110在第一供电装置120和/或第二供电装置130处于工作状态时处于闭合状态。

具体地，本申请实施例中的高压直流系统，可以包括2套互为备份供电装置（第一供电装置120和第二供电装置130），在第一供电装置120的直流母线122处设有第一母联支路124，在第二供电装置130的直流母线132处设有第二母联支路134，在第一供电装置120和第二供电装置130外侧设有母联开关110，母联开关110的一端a连接第一母联支路124的输出端，母联开关110的另一端b连接第二母联支路134的输出端。

示例性地，可以通过导线将第一母联支路124的输出端与母联开关110的一端a相连，以及通过导线将第二母联支路134的输出端与母联开关110的另一端b相连。

基于母联支路，母联开关110与第一供电装置120和第二供电装置130连接好后，闭合母联开关110可以将直流母线122与直流母线132在供电装置外部相连。

进而，由于直流母线122与直流母线132相互导通，使得整个供电系统的直流母线处电压既可以来源于第一供电装置120，也可以来源于和第二供电装置130，当第一供电装置120或者第二供电装置130任何一路掉电，对于目标负载140而言两路输入都有电。

本申请实施例，在目标负载直流供电端，利用导线与母联开关将目标负载两侧的直流母线连接在一起增加母联回路，进而实现一种直流母线双扣的HVDC高压直流系统，可以实现单台变压器或上级电源输入故障时，负载侧仍能实现双路输入不间断。

以目标负载为IT负载为例，相较于传统2N供配电系统架构，本申请实施例通过增加母联回路，使得单台变压器、或者单10kV母线段发生故障后IT负载可由另外一套系统支撑母线电压，母线电压不掉电，IT负载侧仍能实现双路输入不间断。相较于传统DR供配电系统架构，本申请实施例通过增加母联回路，单台变压器或者单台10kV ATS发生故障后，IT负载可由另外一套系统支撑母线电压，母线电压不掉电，IT负载侧仍能实现双路输入不间断。相较于传统DR供配电系统架构，本申请实施例通过增加母联回路，LV ATS发生故障后IT负载可由另外一套系统支撑母线电压，母线电压不掉电，IT负载侧仍能实现双路输入不间断。

为便于理解，下文对本申请实施例所涉及到的工作情况进行说明：

情况一：当第一供电装置120和第二供电装置130都处于工作状态时，目标负载140处于双路供电状态。

由于第一供电装置120的直流母线c处和第二供电装置130的直流母线d处的输出电压相同，母联开关110所在线路的一端a和另一端b间无电压差，线路中无电流通过，也即是说，第一供电装置120与第二供电装置130虽然通过母联开关110所在的线路相连，但互不影响。此时，第一供电装置120的直流母线c处输出电压至目标负载140的第一供电输入端e，用于给目标负载140供电，第二供电装置130的直流母线d处输出电压至目标负载的第二供电输入端f，用于给目标负载140供电。

情况二：当第一供电装置120和第二供电装置130中的其中一个供电装置无法正常工作（后续以第二供电装置130无法正常工作为例）时，目标负载140处于双路供电状态。

由于第二供电装置130无法正常工作，第一供电装置120的直流母线c处的输出电压大于第二供电装置130的直流母线d处的输出电压，母联开关110所在线路的一端a和另一端b间有电压差，线路中有电流通过。此时，第一供电装置120的直流母线c处输出电压至目标负载140的第一供电输入端e，用于给目标负载140供电，第一供电装置120的直流母线c处，还可以通过母联开关110所在的线路输出电压至目标负载140的第二供电输入端f，用于给目标负载140供电。也即是说，第一供电装置120在第二供电装置130无法工作时，能通过母联开关110所在的线路代替第二供电装置130对目标负载140进行供电，确保目标负载140处于双路供电状态。

在其中一个实施例中，母联开关110在第一供电装置120、第二供电装置130和目标负载140中的一项或多项需要维护的情况下断开。

具体地，在第一供电装置120、第二供电装置130和目标负载140中的一项或多项需要维护时，母联开关110所在的线路若处于导通状态，上述装置中连接母联开关110的一端处于带电状态，会威胁维护人员的生命安全。对此，本申请实施例设置母联开关110，能使维护人员维护上述装置时，该母联开关所在的线路处于断开状态，保护维护人员的生命安全。

示例性地，当第一供电装置120或第二供电装置130需要维护时（后续以第二供电装置130需要维护为例进行说明），母联开关110处于断开状态。若母联开关110不断开，正常工作的第一供电装置120的直流母线122，可以通过母联开关110所在的线路，向需要维护的第二供电装置130输出电压，则此时第二供电装置130仍然处于带电状态，会威胁维护人员的生命安全。

可选地，第二供电装置130需要维护的情况可以是装置出现故障需要维修，可以是装置需要定期进行安全检查，也可以是装置需要进行保养或升级。

可选地，目标负载140可以指数据中心（IT）负载；在一些示例中，目标负载140可以是根据应用场景和实际需求需要进行双路供电的装置或装置中的某一部件。例如，目标负载140可以是数据中心的终端设备，也可以是终端设备中的芯片、逻辑电路或风扇等部件；又例如，目标负载140可以是公共场所的应急灯或消防设备，也可以是医院急救室中的医疗设备。

需要说明的是，本申请实施例不限定目标负载140工作时所需的电压类型，可选地，目标负载140可以是适配直流电的装置。不难理解，第一供电装置120和第二供电装置130的直流母线输出电压相同，可以指直流母线122和直流母线132的输出电压相同，即指的是输出电压的各项参数相同，在一些示例中，各项参数可以包括电压值、相位和频率等。

可选地，第一供电装置120和第二供电装置130可以是发电装置，进而为目标负载140供电，也可以是变压装置用于将系统外的输入电压转换为目标负载140所适配的输入电压。

可选地，母联开关110可以是断路器、熔断器、可控硅或电操开关。

以上，本申请实施例通过设置母联开关所在的线路，保证第一供电装置和第二供电装置中至少有一个供电装置处于正常工作状态时，目标负载处于双路供电状态，可以提高对目标负载进行双路供电的可靠性。

在一个实施例中，如图2所示，第一供电装置可以包括连接本装置直流母线的主用电源和备用电源，第二供电装置可以包括连接本装置直流母线的主用电源和备用电源；

具体而言，第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源，用于在第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源均无法供电的情况下，共同对目标负载供电。

本申请实施例中，当两个供电装置中的主用电源都无法正常工作时，两个供电装置中的备用电源可以代替主用电源继续为目标负载供电，此时目标负载仍然处于双路供电状态。因此，启用备用电源可以避免目标负载因两个供电装置中的主用电源同时发生故障而处于断电状态，提高系统对目标负载进行双路供电的可靠性。

例如，以备用电源为电池为例，对于电池而言，当直流母线电压掉到设定值时电池才会转为放电，即当第一供电装置或者第二供电装置任何一路掉电，直流母线电压都可以由另一路供电装置提供，电池都不会转为放电。只有当第一供电装置和第二供电装置两路同时掉电，整个直流母线电压掉电时，电池才开始转为放电，假设第一供电装置或者第二供电装置的故障率一样，在增加母联开关后，电池的充放电次数减少了一半，大大的减少了电池的循环次数，提高了电池的使用年限。

进一步地，主用电源可以包括交流变直流变压器，用于将输入的低压交流电压转变为高压直流电压；备用电源包括直流蓄电池。

具体地，本申请实施例中，第一供电装置可以采用高压直流输电HVDC系统，第二供电装置也可以采用高压直流输电HVDC系统，进而，主用电源可以包括交流变直流变压器，用于将输入的低压交流电压转变为高压直流电压。可选地，目标负载可以包括直流变压器，用于将输入的高压直流电压转变为低压直流电压。

其中，以备用电源为蓄电池，目标负载为数据中心负载（IT负载）为例，蓄电池按照系统备电时间计算，在没有母联开关的情况下，第一供电装置或者第二供电装置中，单套装置的电池容量，需满足整套IT负载的备电时间；本申请实施例通过增加母联开关，只有当两路市电（AC Vin）同时停电后，两套装置的电池同时放电，即两套电池共同满足IT负载的备电时间，进而减少了电池的设备投资成本。

相比于未设置母联开关所在线路的供电系统，若第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源的故障率相同，本申请实施例只有在两个主用电源全部故障时才会启用备用电源，可以减少两个备用电源的使用次数；另外，若两个备用电源（例如，备用电池）的备电容量相同且系统的备电时间相同，本申请实施例中两个备用电源总是用于共同给目标负载供电，两个备用电池的备电容量分别可以减少一半。本申请实施例可以节省备用电源的投资成本。

以上，本申请实施例实现了直流母线双扣的HVDC高压直流系统，不同于传统的2N架构、DR架构、RR架构，通过母联开关将目标负载两端直流母线并联，单边直流故障时，另一边的直流会给目标负载提供两路电源。只有两路市电同时停电时备用电池才会放电，减少了备用电池充放电循环次数。提升了高压直流输电HVDC运行过程的可靠性，具有普遍推广的意义。本申请实施例可以实现单台变压器或上级电源输入故障时，负载侧仍能实现双路输入不间断，且蓄电池按照系统备电时间计算，从而降低了蓄电池投资成本、极大提高了系统的可靠性，减少了运维工作量。

在其中一个实施例中，如图2所示，高压直流供电系统还可以包括第一负载支路开关202和第二负载支路开关204；

目标负载的第一供电输入端通过第一负载支路开关202连接第一供电装置的直流母线，目标负载的第二供电输入端通过第二负载支路开关204连接第二供电装置的直流母线；其中，第一负载支路开关202和第二负载支路开关204用于在目标负载需要维护的情况下断开。

具体而言，本申请实施例中，在目标负载所在的线路上设置负载支路开关，当目标负载需要维护时，可以断开目标负载两侧的第一负载支路开关202和第二负载支路开关204，避免该目标负载所在的线路处于带电状态，可以保护维护人员的生命安全。

在其中一个实施例中，如图2所示，第一母联支路上设有第一母联支路开关206；第二母联支路上设有第二母联支路开关208；

母联开关的一端通过第一母联支路开关206连接第一供电装置的直流母线，母联开关的另一端通过第二母联支路开关208连接第二供电装置的直流母线；

其中，第一母联支路开关206和第二母联支路开关208用于在母联开关需要维护的情况下断开。

具体而言，本申请实施例中，在母联开关所在的线路上设置母联支路开关，当该母联开关需要维护时，可以断开该母联开关两侧的第一母联支路开关206和第二母联支路开关208，避免该母联开关所在线路处于带电状态，可以保护维护人员的生命安全。

为了进一步阐释本申请实施例的方案，下面对本申请实施例中所涉及到的工作情况进行说明：

情况一：当第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源都处于工作状态时，第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源都处于休眠状态，目标负载处于双路供电状态。

情况二：当第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源的其中一个主用电源无法正常工作时，目标负载处于双路供电状态。

情况三：当第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源的都无法正常工作时，目标负载处于双路供电状态。

由于第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源都无法正常工作，第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源由休眠状态转变为工作状态，且两个备用电源的输出电压相同。母联开关所在线路的一端a和另一端b间无电压差，线路中无电流通过，也即是说，第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源虽然通过母联开关所在的线路相连，但互不影响。此时，备用电源通过直流母线c处输出电压至目标负载的第一供电输入端e，用于给目标负载供电，备用电源通过直流母线d处输出电压至目标负载的第二供电输入端f，用于给目标负载供电。

需要说明的是，本申请实施例中若第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源的故障率相同（以Y_h表示），由于第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源只有在两个主用电源全部故障时才会处于工作状态，那么第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的启用率相同（以Y_r表示），Y_r由如下公式计算：Y_r=Y_hY_h；例如，第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源的故障率都为5%，那么第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的启用率都为0.25%。

若本申请实施例未设置母联开关所在的线路，为保证目标负载处于供电状态，则第一供电装置的主用电源发生故障时，第一供电装置的备用电源处于工作状态，第二供电装置的主用电源发生故障时第二供电装置的备用电源处于工作状态。当第一供电装置的主用电源故障率和第二供电装置的主用电源的故障率一致（以

表示），第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的启用率相同（以/>

表示），/>

由如下公式计算：

。例如，第一供电装置的主用电源和第二供电装置的主用电源的故障率都为5%，那么第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的启用率都为5%。

因此，本申请实施例通过设置母联开关所在线路，可以有效降低两个备用电源的启用率，进而可以延长备用电源的使用寿命。

进一步的，本申请实施例中若第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的备电容量相同（以Q_r表示），由于第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源总是用于共同给目标负载供电，Q_r由如下公式计算：Q_r=0.5PT；具体的，P为目标负载的工作功率，T为本申请实施例中供电系统的备电时间，即第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源根据应用场景和实际需求对目标负载进行供电的最大时长。

例如，目标负载的工作功率为0.8千瓦，供电系统的备电时间为0.5小时，那么第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的备电容量都为0.2千瓦时。

若本申请实施例未设置母联开关所在的线路，为保证目标负载处于供电状态，则第一供电装置的主用电源发生故障时，第一供电装置的备用电源处于工作状态，第二供电装置的主用电源发生故障时第二供电装置的备用电源处于工作状态。当第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源（以

表示）相同时，/>

由如下公式计算：/>

。具体的，/>

为目标负载的工作功率，/>

为未设置母联开关所在的线路的供电系统的备电时间，即第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源根据应用场景和实际需求对目标负载进行供电的最大时长。

例如，目标负载的工作功率为0.8千瓦，供电系统的备电时间为0.5小时，那么第一供电装置的备用电源和第二供电装置的备用电源的备电容量都为0.4千瓦时。

因此，本申请实施例通过设置母联开关所在线路，可以有效减少两个备用电源的备电容量，进而节省备用电源的投资成本。

进一步的，当第一供电装置需要维护或第二供电装置需要维护时（后续以第二供电装置需要维护为例进行说明），母联开关处于断开状态。若母联开关不断开，正常工作的第一供电装置的直流母线c处，可以通过母联开关所在的线路向需要维护的第二供电装置的直流母线d处输出电压，此时第二供电装置102仍然处于带电状态，这会威胁维护人员的生命安全。

进一步的，当目标负载需要维护时，目标负载两侧的第一负载支路开关202和第二负载支路开关204处于断开状态，避免目标负载所在的线路处于带电状态，可以保护维护人员的生命安全。当母联开关需要维护时，母联开关两侧的第一母联支路开关206和第二母联支路开关208处于断开状态，避免母联开关所在的线路处于带电状态，可以保护维护人员的生命安全。

可选的，目标负载可以是根据应用场景和实际需求需要进行双路供电的装置或装置中的某一部件。例如，目标负载可以是数据中心的终端设备，也可以是包含在终端设备中的芯片、逻辑电路或风扇等部件；又例如，目标负载可以是公共场所的应急灯或消防设备，也可以是医院急救室中的医疗设备。

需要说明的是，本申请实施例不限定目标负载工作时所需的电压类型，可选的，目标负载可以是适配直流电压的装置。当目标负载为适配直流电压的装置时，目标负载中可以含有直流变直流变压器，用于将外部输入的高压直流电压装换为低压直流电压。

不难理解，第一供电装置和第二供电装置的输出电压相同，可以指的是输出电压的各项参数相同；其中，各项参数可以包括电压值、相位和频率等。

可选的，第一供电装置的主用电源和备用电源以及第二供电装置的主用电源和备用电源可以是发电装置为目标负载供电，如发电机或蓄电池；也可以是变压装置用于将系统外的输入电压转换为目标负载所适配的输入电压，如变压器或互感器。

可选的，母联开关、第一负载支路开关202、第二负载支路开关204、第一母联支路开关206和第二母联支路开关208可以是断路器、熔断器、可控硅或电操开关。

本申请实施例可以通过设置母联开关所在的线路，保证第一供电装置和第二供电装置中的两个主动电源至少有一个主动电源处于正常工作状态时，目标负载处于双路供电状态；还可以通过第一供电装置和第二供电装置中的两个备用电源，保证第一供电装置和第二供电装置中的两个主动电源都不能正常工作时，目标负载处于双路供电状态。

本申请实施例相比于未设置母联开关所在线路的供电系统，不仅可以提高对目标负载进行双路供电的可靠性，还可以有效降低两个备用电源的启用率以及备电容量，用于延长备用电池的使用寿命和节省备用电池的投资成本。

需要说明的是，本申请实施例对供电装置，目标负载、母联开关、负载支路开关、母联支路开关的个数不做限定，图2仅为示例。

可选的，图2对应的实施例中，第一供电装置和第二供电装置可以用于共同对N个负载进行双路供电，N个负载处于并联状态，目标负载可以为N个负载中的任意一个负载，N为大于1的整数。

在其中一个实施例中，如图3所示，高压直流供电系统包括多个负载，其中，目标负载为多个负载中的任意一个负载。

具体而言，如图3所示，以第一供电装置采用高压直流输电HVDC系统（简称为HVDCA系统），第二供电装置采用高压直流输电HVDC系统（简称为HVDC B系统），目标负载为数据中心负载（IT负载），备用电源为电池为例，本申请实施例高压直流供电系统，可以包括2套互为备份HVDC系统（HVDC A系统和HVDC B系统）。

其中，在HVDC A系统直流母线（直流母线1）处设有母联支路，在HVDC B系统直流母线（直流母线2）处设有母联支路，在HVDC A 系统HVDCB系统外侧设有母联开关，可以通过导线将HCDV A系统的母联支路输出端与母联开关的左端相连、通过导线将HCDV B系统的母联支路输出端与母联开关的右端相连。示例性地，母联开关与HVDC A系统HVDC B系统连接好后，通过闭合母联开关，可以将直流母线1与直流母线2在系统外部相连；

如图3所示，基于本申请实施例，直流母线1直流母线2相互导通，使得整个系统的直流母线处电压，既可以来源于HVDC A系统，也可以来源于HVDC B系统，进而，当HVDC A系统或者HVDC B系统任何一路AC Vin掉电对于IT负载而言两路输入都有电。

而对于电池而言，当直流母线电压掉到设定值时，电池才会转为放电，即当HVDC A系统或者HVDC B系统任何一路AC Vin掉电，直流母线电压都可以由另一路HVDC系统提供，电池都不会转为放电。只有当HVDC A系统和HVDC B系统两路同时掉电，整个直流母线电压掉电时，电池才开始转为放电，假设HVDC A路和HVDC B系统故障率一样，在增加母联开关后电池的充放电次数减少了一半，大大的减少了电池的循环次数，提高了电池的使用年限。

进一步地，蓄电池按照系统备电时间计算，在没有母联开关的情况下，HVDC A系统和HVDC B系统中，单套系统的电池容量需满足整套IT负载的备电时间，本申请实施例通过增加母联开关，只有当两路市电同时停电后两套系统的电池同时放电既两套电池共同满足IT负载的备电时间，减少了电池的设备投资成本。

进一步地，如图4所示，母联支路开关可以是断路器或者其它可控开关。进一步地，母联开关也可以是熔断器、塑壳断路器、可控硅开关或电操开关等。

在其中一个实施例中，高压直流供电系统可以包括多个供电装置和多个负载，其中，多个负载中的每个负载由多个供电装置中的两个供电装置供电，第一供电装置和第二供电装置为多个供电装置中的两个供电装置，目标负载为多个负载中的任意一个负载。

具体而言，本申请实施例中可以有M个供电装置和多个负载，每个负载由M个供电装置中的两个供电装置供电；示例性地，第一供电装置和第二供电装置为M个供电装置中的两个供电装置，目标负载为多个负载中的任意一个负载，M为大于2的整数。

本申请实施例可以应用于2N架构、DR架构及RR架构。进一步地，本申请实施例中，主用电源包括可以交流变直流变压器，用于将输入的低压交流电压转变为高压直流电压，备用电源包括直流蓄电池。可选地，目标负载可以包括直流变压器，用于将输入的高压直流电压转变为低压直流电压。

本申请实施例可以用于数据中心的双冗余供电系统，数据中心是用于传递、加速、展示、计算和存储数据信息的多个网络设备的集合系统，多个网络设备的稳定运行离不开数据中心的供电系统。如图5所示，本申请实施例中的系统可以包括供电装置301-304、目标负载305-308、母联开关309和310、负载支路开关311-318、母联支路开关319-322、交流变交流变压器（后续以“AC/AC变压器”表示）323-326和柴发电源327。

该系统中的每个供电装置都包含一个用于做主用电源的交流变直流变压器（后续以“AC/DC变压器”表示）和一个用于做备用电源的直流蓄电池，且每个供电装置都由一个AC/AC变压器向其输入电压；该系统中的每个目标负载都包含一个直流变直流变压器（后续以“DC/DC变压器”表示），且都由两个供电装置对其进行双路供电。

下文以目标负载305和目标负载306为例，说明本申请实施例对目标负载305和目标负载306进行双路供电的工作原理。

目标负载305的供电输入端a通过负载支路开关311连接供电装置301的直流母线电压输出端c，供电输入端b通过负载支路开关312连接供电装置302的直流母线电压输出端d；目标负载306的供电输入端g通过负载支路开关313连接供电装置301的直流母线电压输出端c，供电输入端h通过负载支路开关314连接供电装置302的直流母线电压输出端d；母联开关309的一端通过母联支路开关319连接供电装置301的直流母线电压输出端c，另一端通过母联支路开关320连接供电装置302的直流母线电压输出端d；供电装置301的电压输入端i连接AC/AC变压器323的电压输出端k，供电装置302的电压输入端j连接AC/AC变压器324的电压输出端m。

具体的，AC/AC变压器323用于将输入的第一市电（市电为高压交流电压）转换为第一低压交流电压，第一低压交流电压为供电装置301的输入电压，AC/AC变压器324用于将输入的第二市电转换为第二低压交流电压，第二低压交流电压为供电装置302的输入电压，其中，第一市电压和第二市电压相同，第一低压交流电压与第二低压交流电压相同。

柴发电源327用于在第一市电和/或第二市电不能正常供电时，为AC/AC变压器323，和/或，AC/AC变压器324输入高压交流电压。

具体的，供电装置301中的AC/DC变压器328和直流蓄电池329都通过直流母线电压输出端c向目标负载305和目标负载306输入第一高压直流电压，供电装置302中的AC/DC变压器330和直流蓄电池331都通过直流母线电压输出端d向目标负载305和306输入第二高压直流电压，其中，第一高压直流电压和第二高压直流电压相同。AC/DC变压器328用于将第一低压交流电压转换为第一高压直流电压，AC/DC变压器330用于将第二低压交流电压转换为第二高压直流电压，直流蓄电池329和直流蓄电池331用于在AC/DC变压器328和AC/DC变压器330均无法供电的情况下共同向目标负载305和306输入高压直流电压。

具体的，目标负载305中的DC/DC变压器分别将第一高压直流电压和第二高压直流电压转换为第一低压直流电压和第二低压直流电压。目标负载306中的DC/DC变压器分别将第一高压直流电压和第二高压直流电压转换为第一低压直流电压和第二低压直流电压。

母联开关309、负载支路开关311-314、母联支路开关319和320在供电装置301和/或供电装置302处于工作状态时处于闭合状态。

需要说明的是，本申请实施例中供电装置301处于工作状态是指其电压输入端i有第一低压交流电压输入，其直流母线电压输出端c有第一高压直流电压输出，例如，若AC/DC变压器328和直流蓄电池329同时出现故障，供电装置301不能处于工作状态；若AC/AC变压器323出现故障，供电装置301也不能处于工作状态。同理，供电装置302处于工作状态是指其电压输入端j有第一低压交流电压输入，其直流母线电压输出端d有第一高压直流电压输出。

需要说明的是，本申请实施例的具体工作情况可参见前文对应的实施例中情况一、情况二和情况三中的相关内容，此处不再赘述。

目标负载305-308是数据中心具有数据处理和/或数据收发能力的电子设备，可选的，目标负载305-308可以是手持终端、台式终端、可穿戴设备等独立设备，也可以是包含在独立设备中的部件（例如芯片或集成电路）。

可选的，母联开关309和310、负载支路开关311-318和母联支路开关319-322可以是断路器、熔断器、可控硅或电操开关。

需要说明的是，本申请实施例中的目标负载都可以由两个市电源分别通过两个供电装置对其进行双路供电，两个市电源互为备用市电源，即供电系统为双冗余2N模式。

本申请实施例通过设置母联开关所在的线路，保证两个供电装置中的两个AC/DC变压器中至少有一个AC/DC变压器处于正常工作状态时，目标负载处于双路供电状态；还可以通过两个供电装置中的两个直流蓄电池，保证第一供电装置和第二供电装置中的两个AC/DC变压器都不能正常工作时，目标负载处于双路供电状态。

本申请实施例相比于未设置母联开关所在线路的供电系统，不仅可以提高对目标负载进行双路供电的可靠性，还可以有效降低系统中直流蓄电池的启用率以及备电容量，用于延长直流蓄电池的使用寿命和节省直流蓄电池的投资成本。

此外，本申请实施例可以应用于数据中心的分布式供电系统，如图6所示，该系统包括供电装置401-403、目标负载405-407、母联开关408-410、负载支路开关411-416、母联支路开关417-422、AC/AC变压器423-425、双电源自动切换ATS开关426-428和柴发电源429。

该系统中的每个供电装置都包含一个用于做主用电源的AC/DC变压器和一个用于做备用电源的直流蓄电池，且每个供电装置都由一个AC/AC变压器向其输入电压；该系统中的每个目标负载都包含一个DC/DC变压器，且都由两个供电装置对其进行双路供电。

下文以目标负载405为例，说明本申请实施例对目标负载405进行双路供电的工作原理。

目标负载405的供电输入端a通过负载支路开关411连接供电装置401的直流母线电压输出端c，供电输入端b通过负载支路开关412连接供电装置402的直流母线电压输出端d；母联开关408通过母联支路开关417连接供电装置401的直流母线电压输出端c，另一端通过母联支路开关418连接供电装置402的直流母线电压输出端d；供电装置401的电压输入端i连接AC/AC变压器423的电压输出端k，供电装置402的电压输入端j连接AC/AC变压器424的电压输出端m。

具体的，ATS开关426将输入的第一市电作为主用市电，将输入的第二市电作为备用市电。若第一市电正常输入，则ATS开关426用于将第一市电作为可用市电输入AC/AC变压器423，若第一市电无输入，则ATS开关426用于将第二市电作为可用市电输入AC/AC变压器423。ATS开关427工作原理与ATS开关426相同，此处不再赘述。柴发电源429用于在第一市电和/或第二市电不能正常供电时为ATS开关426和ATS开关427输入高压交流电压。

具体的，AC/AC变压器423将ATS开关426输入的可用市电转换为第一低压交流电压，第一低压交流电压为供电装置401的输入电压，AC/AC变压器424将ATS开关427输入的可用市电转换为第二低压交流电压，第二低压交流电压为供电装置402的输入电压，其中，第一市电压和第二市电压相同，第一低压交流电压与第二低压交流电压相同。

具体的，供电装置401中的AC/DC变压器430和直流蓄电池431都通过直流母线电压输出端c向目标负载405输入第一高压直流电压，供电装置402中的AC/DC变压器432和直流蓄电池433都通过直流母线电压输出端d向目标负载405输入第二高压直流电压，其中，第一高压直流电压和第二高压直流电压相同。AC/DC变压器430用于将第一低压交流电压转换为第一高压直流电压，AC/DC变压器432用于将第二低压交流电压转换为第二高压直流电压，直流蓄电池431和直流蓄电池433用于在AC/DC变压器430和AC/DC变压432均无法供电的情况下共同向目标负载405输入高压直流电压。

具体的，目标负载405中的DC/DC变压器分别将第一高压直流电压和第二高压直流电压转换为第一低压直流电压和第二低压直流电压。

母联开关408、负载支路开关411和412、母联支路开关417和418在供电装置401和/或供电装置402处于工作状态时处于闭合状态。

需要说明的是，本申请实施例中供电装置401处于工作状态是指其电压输入端i有第一低压交流电压输入，其直流母线电压输出端c有第一高压直流电压输出，例如，若AC/DC变压器430和直流蓄电池431同时出现故障，供电装置401不能处于工作状态；若AC/AC变压器423或ATS开关426出现故障，供电装置401也不能处于工作状态。同理，供电装置402处于工作状态是指其电压输入端j有第一低压交流电压输入，其直流母线电压输出端d有第一高压直流电压输出。

其中，目标负载405-407是数据中心具有数据处理和/或数据收发能力的电子设备，可选的，目标负载405-407可以是手持终端、台式终端、可穿戴设备等独立设备，也可以是包含在独立设备中的部件（例如芯片或集成电路）。

可选的，母联开关408-410、负载支路开关411-416、母联支路开关417-422可以是断路器、熔断器、可控硅或电操开关。

可选的，ATS开关426-428可以是开放式过渡转换开关、封闭式过渡转换开关、软负载转换开关或旁路隔离转换开关。

需要说明的是，本申请实施例中的目标负载都是由同一个市电源分别通过两个供电装置对其进行双路供电，另一个市电源作为备用市电源，即供电系统为分布式冗余DR模式。

本领域技术人员可以理解，图1至图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的元器件及设备的限定，具体的元器件及设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高压直流供电系统，其特征在于，所述高压直流供电系统包括：

母联开关；

第一供电装置，所述第一供电装置的直流母线处设有第一母联支路；所述第一母联支路的输出端连接所述母联开关的一端；

第二供电装置，所述第二供电装置的直流母线处设有第二母联支路；所述第二母联支路的输出端连接所述母联开关的另一端；

目标负载，所述目标负载的第一供电输入端连接所述第一供电装置的直流母线，所述目标负载的第二供电输入端连接所述第二供电装置的直流母线；

其中，所述第一供电装置和所述第二供电装置的直流母线输出电压相同，用于向所述目标负载输入高压直流电压、以共同对所述目标负载供电，所述目标负载包括直流变压器，用于将输入的高压直流电压转变为低压直流电压；所述母联开关在所述第一供电装置和/或所述第二供电装置处于工作状态时处于闭合状态，以通过导通所述第一供电装置的直流母线和所述第二供电装置的直流母线的方式增加母联回路，使所述目标负载处于双路供电状态。

2.根据权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述第一供电装置包括连接本装置直流母线的主用电源和备用电源，所述第二供电装置包括连接本装置直流母线的主用电源和备用电源；

其中，所述备用电源用于在所述第一供电装置的主用电源和所述第二供电装置的主用电源均无法供电的情况下，为所述目标负载供电。

3.根据权利要求2所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述母联开关在所述第一供电装置、所述第二供电装置和所述目标负载中的一项或多项需要维护的情况下断开。

4.根据权利要求2或3所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述高压直流供电系统还包括第一负载支路开关和第二负载支路开关；

所述目标负载的第一供电输入端通过所述第一负载支路开关连接所述第一供电装置的直流母线，所述目标负载的第二供电输入端通过所述第二负载支路开关连接所述第二供电装置的直流母线；其中，所述第一负载支路开关和所述第二负载支路开关用于在所述目标负载需要维护的情况下断开。

5.根据权利要求2或3所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述第一母联支路上设有第一母联支路开关；所述第二母联支路上设有第二母联支路开关；

所述母联开关的一端通过所述第一母联支路开关连接所述第一供电装置的直流母线，所述母联开关的另一端通过所述第二母联支路开关连接所述第二供电装置的直流母线；

其中，所述第一母联支路开关和所述第二母联支路开关用于在所述母联开关需要维护的情况下断开。

6.根据权利要求2或3所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述主用电源包括交流变直流变压器，用于将输入的低压交流电压转变为高压直流电压，所述备用电源包括直流蓄电池。

7.根据权利要求6所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述直流变压器为直流变直流变压器。

8.根据权利要求1至3任一项所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述高压直流供电系统包括多个负载，其中，所述目标负载为所述多个负载中的任意一个负载。

9.根据权利要求1至3任一项所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述高压直流供电系统包括多个供电装置和多个负载，其中，所述多个负载中的每个负载由所述多个供电装置中的两个供电装置供电，所述第一供电装置和所述第二供电装置为所述多个供电装置中的两个供电装置，所述目标负载为所述多个负载中的任意一个负载。

10.根据权利要求1至3任一项所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述母联开关包括断路器、熔断器、可控硅或电操开关。