CN116526453A - 数据中心的供电系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心的供电系统及数据中心，所述数据中心的供电系统包括：供电端，所述供电端输出电压为220kV；第一变电端，所述第一变电端的输入端与所述供电端的输出端连接，所述第一变电端的输出电压为20kV，所述第一变电端的输出端与多条供电支路的输入端连接，所述供电支路的输出电压为10kV，所述供电支路用于向所述数据中心供电。本发明通过将第一变电端的输出电压变为20kV，将20kV电压转换成10kV电压后提供给数据中心的配电室，不需要改变原有配电室的设计方案。与220/10kV供电方案相比，第一变电端的低压侧的额定电流变为一半，在第一变电端的低压侧连接的供电支路的数量也减少一半，简化接线方式，降低供电系统的成本。

Description

数据中心的供电系统及数据中心

技术领域

本发明涉及电气技术领域，更具体地，涉及一种数据中心的供电系统及数据中心。

背景技术

随着互联网技术的发展，数据中心对于互联网的带宽资源和存储资源的需求日益增加，整个数据中心基础设施的发展规模也随之扩大。目前大型数据中心的规模可以达到200-300MW，已经远超一座110kV变电站的供电能力。且由于电网侧间隔资源紧张，线路路径资源有限，难以为一个数据中心建设多个110kV变电站。因此提高变电站电压等级、加大单站容量成为解决供电瓶颈的有效手段。目前数据中心的自建变电站为220kV，变电站的低压侧采用10kV出线，与数据中心的10kV配电室相匹配，给数据中心正常供电。但是10kV的供电系统供电半径小、损耗大、需要的出线电缆多，整体方案复杂、造价高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于数据中心供电的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种数据中心的供电系统，包括：

供电端，所述供电端输出电压为220kV；

第一变电端，所述第一变电端的输入端与所述供电端的输出端连接，所述第一变电端的输出电压为20kV，所述第一变电端的输出端与多条供电支路的输入端连接，所述供电支路的输出电压为10kV，所述供电支路用于向所述数据中心供电。

可选地，所述供电支路包括开关柜和第二变电端，所述第一变电端的输出端与所述开关柜的输入端连接，所述开关柜的输出端与所述第二变电端的输入端连接，所述第二变电端输出电压为10kV。

可选地，所述第一变电端的容量为180MVA，所述开关柜的额定电流为3150A。

可选地，所述供电支路的数量为两条。

可选地，还包括容量不少于16Mvar的电容器，所述电容器用于对所述供电系统进行无功补偿。

可选地，所述第一变电端使用常规阻抗变压器，所述第一变电端的阻抗大于或等于20％。

可选地，所述开关柜的每回出线包括单根电缆，所述电缆包括三条芯线，每条所述芯线的截面积为300mm²。

可选地，还包括10kV柴油发电机组，所述柴油发电机组作为备用电源给所述数据中心供电。

根据本发明的第二方面，提供了一种数据中心，包括本发明第一方面所述的数据中心的供电系统。

可选地，所述数据中心包括配电室，所述供电支路设于所述配电室内。

根据本发明的一个实施例，本发明通过将第一变电端的输出电压变为20kV，将20kV电压转换成10kV电压后提供给数据中心的配电室，不需要改变原有配电室的设计方案。与220/10kV的供电方案相比，第一变电端的低压侧的额定电流变为一半，在第一变电端的低压侧连接的供电支路的数量也变为一半，简化接线方式，减少了供电系统所需要的电缆数量，降低供电系统的成本。此外，由于第一变电端的输出电压提升至20kV，增大了供电半径，在建造供电系统时可以选择更加合适的方式，进一步降低成本。与220/10kV的供电方案相比，本申请在大型数据中心和超大型数据中心场景下具有极大的技术和经济优势。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术中220/10kV供电系统的示意图。

图2是本申请一种实施例中数据中心的供电系统的框图。

图3是本申请另一实施例中数据中心的供电系统的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

数据中心是一种给集中放置的大量电子信息设备提供运行环境的建筑场所。数据中心包括大量的服务器、交换机、制冷散热等设备。服务器是高性能计算机，能够作为网络节点，高效存储、处理数据和信息。交换机是电信号转发的网络设备，能够为接入交换机的网络节点提供电信号通路，在数据中心高密度网络流量调度的环境下，提供高速响应和信息传输。按照规模划分，数据中心可以分为超大型、大型和中小型。超大型数据中心是指规模大于10,000个标准机架4的数据中心；大型数据中心是指规模介于3,000-10,000个标准机架的数据中心；中小型数据中心是指规模小于3,000个标准机架的数据中心。其中，由于超大型数据中心和大型数据中心的耗电量极大，在建设超大型数据中心和大型数据中心时，需要重点考虑能源供给等要素。

下面参照图1介绍现有技术中数据中心的供电系统。如图1所示，供电系统采用220kV/10kV的供电方案。数据中心包括配电室，配电室的母线电压为10kV。数据中心的自建变电站的输入电压为220kV，变电站容量为180MVA，变电站将220kV的输入电压转化成10kV的电压输出，直接给配电室供电。主变低压侧采用分裂绕组方式接线，主变包括两个容量相同的绕组，每个绕组的容量都为90MVA，每个绕组的输出电压都为10kV。每个绕组对应两段母线，每个绕组采用双分支接线，每个绕组接两个开关柜。一台开关柜可以引出多条线路，用于给数据中心的配电室供电。一台主变对应4段10kV母线，需要4面主变进线开关柜，结构复杂，造价成本高。

因此，相关技术中用于数据中心的供电系统，具有接线方式复杂、造价成本高等技术问题。为了解决上述技术问题，提出本申请的技术方案。

如图2所示，本实施例介绍了一种数据中心的供电系统，用于给数据中心供电。该供电系统包括供电端、第一变电端和多条供电支路。

供电端的输出电压为220kV，供电端用于向第一变电端输出220kV电压。第一变电端的输入端与供电端的输出端连接，第一变电端的输出电压为20kV，第一变电端的输出端与多条供电支路的输入端连接，供电支路的输出电压为10kV，供电支路用于向数据中心供电。

第一变电端的输入电压为220kV，第一变电端用于将220kV的输入电压转换成20kV的输出电压，第一变电端可以为数据中心的自建变电站。第一变电端的绕组分别与多条供电支路连接。

由于数据中心的配电室的母线电压为10kV，第一变电端输出的20kV电压不符合数据中心的配电室的供电需求。在不改变配电室的原有设计方案的情况下，需要通过供电支路将20kV电压转换成10kV电压后再提供给数据中心的配电室，供电支路也具有降压功能。

本实施例中对供电端输出的220kV电压进行两次降压，首先通过第一变电端将220kV电压转化成20kV的电压，然后通过供电支路将20kV电压转化成10kV电压。

供电支路的数量可以根据供电支路的额定电流以及第一变电端的低压侧的额定电流来确定。各个供电支路的额定电流的总和不能小于第一变电端的低压侧的额定电流。如果各个供电支路的额定电流的总和小于第一变电端的低压侧的额定电流，那么供电支路的实际电流会超过供电支路的额定电流，导致供电支路的电流过大，引发安全隐患。

比如第一变电端的低压侧的额定电流为10000A，每条供电支路的额定电流为5000A，那么供电支路的数量为两条。又比如第一变电端的低压侧的额定电流为12000A，每条供电支路的额定电流为4000A，那么供电支路的数量为三条。

在第一变电端的容量不变的情况下，与220kV/10kV的供电方案相比，将第一变电端的输出电压变为20kV后，第一变电端的低压侧额定电流变为一半。由于每条供电支路承受的电流相同，因此在第一变电端的低压侧连接的供电支路的数量也变为一半。

比如在原有的220/10kV供电方案中，第一变电端的低压侧的额定电流为8000A，每条供电支路的额定电流为2000A，那么需要4条供电支路。将第一变电端的输出电压调整为20kV后，由于第一变电端的容量不变，那么第一变电端的低压侧的额定电流减半，也就是第一变电端的低压侧的额定电流为4000A，那么将第一变电端的输出电压变为20kV后只需要2条供电支路。

本实施例通过将第一变电端的输出电压变为20kV，将20kV电压转换成10kV电压后提供给数据中心的配电室，不需要改变原有配电室的设计方案。与220/10kV的供电方案相比，第一变电端的低压侧的额定电流变为一半，在第一变电端的低压侧连接的供电支路的数量也变为一半，简化接线方式，减少了供电系统所需要的电缆数量，降低供电系统的成本。此外，由于第一变电端的输出电压提升至20kV，增大了供电半径，在建造供电系统时可以选择更加合适的方式，进一步降低成本。

随着数据中心规模的扩大，数据中心的建造成本也显著增加。与220/10kV的供电方案相比，本申请在大型数据中心和超大型数据中心场景下具有极大的技术和经济优势。

本实施例中，供电支路包括开关柜和第二变电端，第一变电端的输出端与开关柜的输入端连接，开关柜的输出端与所述第二变电端的输入端连接，所述第二变电端输出电压为10kV。

第二变电端的输入电压为20kV，第二变电端用于将20kV的输入电压转换成10kV的输出电压。第二变电端可以设置在数据中心的配电室，在配电室中增加20kV进线，开关柜的20kV出线接入配电室的20kV进线，然后通过第二变电端将20kV电压转化成10kV电压后接入配电室的10kV母线，给数据中心供电。

如图3所示，一个开关柜可以接多回出线，每个开关柜的出线数量可以根据实际需求来确定，开关柜的每回出线的电压都为20kV。开关柜的每回出线都连接至对应的第二变电端。开关柜包括与每回出线对应的分控开关，通过分控开关可以控制对应出线的供电。开关柜还可以包括主控开关，通过主控开关可以同时控制该开关柜的所有出线的供电。

在一种实施方式中，第一变电端的容量为180MVA，开关柜的额定电流为3150A，供电支路的数量为两条。

供电支路的额定电流即为供电支路中开关柜的额定电流。在第一变电端的容量为180MVA的情况下，考虑到20kV开关柜载流量限制以及20kV系统短路电流水平要求，开关柜的额定电流不能超过4000A，20kV系统额定短时耐受电流不超过25kA。

根据第一变电端的容量和第一变电端的输出电压可以计算出第一变电端的低压侧的额定电流为5196A，由于开关柜的额定电流为3150A，那么需要2台开关柜，也就是两条供电支路。第一变电端的低压侧的额定电流的计算公式如下：

其中，I为第一变电端的低压侧的额定电流，S为第一变电端的容量，U为第一变电端的输出电压。

如图3所示，供电系统包括第一开关柜和第二开关柜，第一开关柜的输入端和第二开关柜的输入端均连接至第一变电端的输出端。第一开关柜的输出端和第二开关柜的输出端均连接多回出线，每回出线均连接至对应的第二变电端。

本实施例中，数据中心的供电系统还包括容量不少于16Mvar的电容器，电容器用于对所述供电系统进行无功补偿。

在电能输送过程中会存在一定的损耗，包括由变压器和电缆引起的损耗。电网中的电力负荷属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。

在220/10kV供电方案中，由于接线方式复杂，使用电缆的数量较多，电能损耗较大，需要使用容量不少于32Mvar的电容器进行无功补偿。而在将第一变电端的输出电压提升至20kV后，使用的电缆的数量减半，供电系统的电能损耗也减半，需要使用的电容器的容量也减半，也就是需要使用容量不少于16Mvar的电容器进行无功补偿。

本实施例通过在供电系统中设置电容器，通过电容器对供电系统进行无功补偿，减少供电系统的电能损耗，提高供电效率。

在一种实施方式中，第一变电端使用常规阻抗变压器，第一变电端的阻抗大于或等于20％。

本实施例中，开关柜的每回出线包括单根电缆，电缆包括三条芯线，每条芯线的截面积为300mm²。

开关柜出线所使用的电缆可以根据数据中心的负荷需求来确定。比如在200/10kV的供电系统中，开关柜的每回出线使用两根电缆，每根电缆包括三条芯线，芯线的截面积为300mm²，一共包括72回出线，电缆总数为144根。大型数据中心占地面积大，电缆敷设路径较长，平均长度为1.5km。根据电缆敷设要求，需要4条截面为2m*2m的电缆隧道。

在本申请的供电系统中，将第一供电端的输出电压提升为20kV后，在数据中心的负荷需求不变的情况下，由于不改变配电室的原有设计方案，因此出线数量还是72回，电缆敷设路径保持不变。由于第一变电端低压侧的额定电流减半，开关柜的每回出线仅需使用单根3*300mm²的电缆，供电系统需要的电缆数量减半，电缆数量为72根。由于供电系统需要的电缆数量减半，那么在电缆隧道截面不变的情况下，需要建造的电缆隧道的数量减半，也就是只需要2条截面为2m*2m的电缆隧道，土建工程量减半，降低供电系统的建造成本。

本实施例中还包括10kV柴油发电机组，柴油发电机组作为备用电源给所述数据中心供电。

柴油发电机组可以设置在数据中心的配电室。柴油发电机组的输出电压为10kV，与数据中心的配电室的母线电压匹配。当供电系统无法给数据中心正常供电时，通过柴油发电机组进行供电。比如在供电系统出现电缆损坏、变压器损坏等情况导致无法给数据中心正常供电时，通过柴油发电机组进行供电。

本实施例通过配置柴油发电机组，将柴油发电机组作为备用电源，在供电系统出现无法正常供电的故障时使用柴油发电机组进行供电，保证数据中心的正常工作。

本实施例介绍了一种数据中心，包括本申请任一实施例所述的数据中心的供电系统。

根据本实施例的数据中心，通过使用上述任一实施例的供电系统，能够简化接线方式，减少了供电系统所需要的电缆数量，降低供电系统的成本。

在一种实施方式中，数据中心包括配电室，供电支路设于配电室内。数据中心还包括机房，负载设备比如服务器等设置在机房内。通过配电室给机房内的负载设备分配电源。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种数据中心的供电系统，其特征在于，包括：

供电端，所述供电端输出电压为220kV；

第一变电端，所述第一变电端的输入端与所述供电端的输出端连接，所述第一变电端的输出电压为20kV，所述第一变电端的输出端与多条供电支路的输入端连接，所述供电支路的输出电压为10kV，所述供电支路用于向所述数据中心供电。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电支路包括开关柜和第二变电端，所述第一变电端的输出端与所述开关柜的输入端连接，所述开关柜的输出端与所述第二变电端的输入端连接，所述第二变电端输出电压为10kV。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述第一变电端的容量为180MVA，所述开关柜的额定电流为3150A。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述供电支路的数量为两条。

5.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，还包括容量不少于16Mvar的电容器，所述电容器用于对所述供电系统进行无功补偿。

6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述第一变电端使用常规阻抗变压器，所述第一变电端的阻抗大于或等于20％。

7.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述开关柜的每回出线包括单根电缆，所述电缆包括三条芯线，每条所述芯线的截面积为300mm²。

8.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括10kV柴油发电机组，所述柴油发电机组作为备用电源给所述数据中心供电。

9.一种数据中心，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的数据中心的供电系统。

10.根据权利要求9所述的数据中心，其特征在于，所述数据中心包括配电室，所述供电支路设于所述配电室内。