CN206077055U - 数据中心的供电系统和机房 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据中心的供电系统和机房。其中，该系统包括：包括供电电路和多个电子负荷，其中，所述供电电路包括：多个供电支路，每个所述供电支路与一个所述电子负荷连接，所述供电支路至少使用市电输入为对应的所述电子负荷供电；备份支路，与每个所述电子负荷连接，用于在所述供电支路无法为所述电子负荷供电的情况下为所述电子负荷供电；其中，所述备份支路和每个所述供电支路中分别设置有一个不间断电源，所述不间断电源用于在对应支路的市电输入无法供电的情况下为对应的所述电子负荷供电。本申请解决了双总线供电系统的冗余组件数量多、成本高的技术问题。

Description

数据中心的供电系统和机房

技术领域

本申请涉及供电领域，具体而言，涉及一种数据中心的供电系统和机房。

背景技术

现有技术中从建筑物市电电源为数据中心的关键负载配电，有5种主要的不间断电源(即，Uninterruptable Power Supply，简称UPS)系统设计配置方案可供选择，表1中示出了5种UPS配置的可用性等级与分级Tier，其中，Tier为数据中心用远程通信基础设施标准。如表1中示出的容量、串联冗余、并联冗余、分布式冗余以及双总线系统的方案；表1中的可用性尺度可用性是指电源保持供电并正常运行以支持关键负载的时间百分比估算值；表1中的等级即上述的数据中心用远程通信基础设施标准。

表1

配置	可用性尺度	分级
			容量(N)	1＝最低	Tier1
串联冗余	2	Tier2
			并联冗余(N+1)	3	Tier2
分布式冗余	4	Tier3
			双系统(N，2N+1)	5＝最高	Tier4

在UPS设计配置的计算过程中，通常采用字母“N”来指代UPS的设计配置。例如，并联冗余系统也称作N+1设计，而双系统设计可以用2N来表示。“N”可以简单地定义为关键负载的“need(需求)”，即满足所保护设备供电量的电源容量。我们可以用RAID(独立磁盘冗余阵列)系统等IT设备来解释“N”的用途。例如，如果存储容量需要4个磁盘，且RAID系统正好包含4个磁盘，则称这是一个“N”设计。反之，如果RAID系统有5个磁盘，而存储容量只需要4个磁盘，则为“N+1”设计。

对于大型的数据中心(如金融业务的数据中心)，一般采用双系统的供电架构，如图1所示的双总线系统的供电架构中，该系统由两个并联冗余UPS系统构成，关键负载为300kW，因此，共需要四个300kW的UPS模块，两两组成两条独立的并联总线。每条总线分别为两条直接与双电源负载连接的电路供电。而且在这种架构中，要求所有负载均为双电源负载，也即，在现有技术中的双总线系统中，如果关键负载为N个，则需要2N(或2N+1)个UPS，这样的供电系统的冗余组件数量多、成本高。

针对上述双总线供电系统的冗余组件数量多、成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种数据中心的供电系统和机房，以至少解决双总线供电系统的冗余组件数量多、成本高的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种数据中心的供电系统，其中，所述供电系统包括供电电路和多个电子负荷，其中，所述供电电路包括：多个供电支路，每个所述供电支路与一个所述电子负荷连接，所述供电支路至少使用市电输入为对应的所述电子负荷供电；备份支路，与每个所述电子负荷连接，用于在所述供电支路无法为所述电子负荷供电的情况下为所述电子负荷供电；其中，所述备份支路和每个所述供电支路中分别设置有不间断电源，所述不间断电源用于在对应支路的市电输入无法供电的情况下为对应的所述电子负荷供电。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种机房，包括：上述任意一种的数据中心的供电系统。

在本申请实施例中，供电电路中的每个支路中设置有一个不间断电源UPS，在电子负荷为N个的情况下，系统中包括N个供电支路和1个备份支路，每个支路中设置有一个UPS，从而系统中设置有N+1个UPS，从而减少了系统中冗余组件的数量，降低了系统成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的一种双总线系统的供电系统架构图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的数据中心的供电系统的示意图一；

图3是根据本申请实施例的一种可选的数据中心的供电系统的示意图二；

图4是根据本申请实施例的一种可选的数据中心的供电系统的示意图三；

图5是根据本申请实施例的一种可选的数据中心的供电系统的示意图四；

图6是根据本申请实施例的一种可选的电子负荷的内部结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它单元。

首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：

UPS(Uninterruptable Power System/Uninterruptable Power Supply)，即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)，也就是机柜用电源分配插座，PDU是为机柜式安装的电气设备提供电力分配而设计的产品，拥有不同的功能、安装方式和不同插位组合的多种系列规格，能为不同的电源环境提供适合的机架式电源分配解决方案。

ATS(Automatic transfer switching equipment)即自动转换开关电器，是的缩写。ATS主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个(如备用)电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。

飞轮UPS：即飞轮不间断电源，该飞轮不间断电源包括发电机和不间断电源，是指市电供给电动机，电动机去带动发电机，把发电机发出的电供给不间断电源和负载，这里的不间断电源不是真正意义上的不间断电源而是具有不间断电源功能的组件，该组件是个储能装置，当市电发生断电时，电动机就停止运行，这时靠飞轮的惯性使发电机继续发电，可以使负载不断电。

为了便于解释，在本申请实施例中的容量N表示负荷数量。

根据本申请实施例，提供了一种数据中心的供电系统的实施例，如图2所示，该实施例包括：供电电路20和多个电子负荷40，其中，供电电路20包括：

多个供电支路201，每个供电支路与一个电子负荷连接，供电支路至少使用市电输入为对应的电子负荷供电；

备份支路203，与每个电子负荷连接，用于在供电支路无法为电子负荷供电的情况下为电子负荷供电。

上述的备份支路和每个供电支路中都设置有一个不间断电源，不间断电源用于在对应支路无法供电的情况下为对应的电子负荷供电。

通过上述实施例，供电电路中的每个支路包括一个不间断电源UPS，在电子负荷为N个的情况下，系统中包括N个供电支路和1个备份支路，每个支路中设置有一个UPS，从而系统中设置有N+1个UPS，从而减少了系统中冗余组件的数量，降低了系统成本。

根据本申请的上述实施例，所述供电电路包括的各个支路分别包括：电源单元，通过母线与所述电子负荷连接。

本申请实施例中的电源单元可以为双电源单元，具体地，电源单元可以包括：变压器，与市电输入线连接；发电机，与母线连接，用于在市电或者变压器故障时发电；第一电源切换装置，分别与变压器和发电机连接，用于切换变压器或发电机为电子负荷供电。

通过上述实施例，可以保证在市电输入故障时保证供电系统正常运行。

在上述实施例中，供电支路还包括：第一支路和第二支路，第一支路和第二支路并联连接在母线与电子负荷之间，第一支路中设置有不间断电源，第一支路用于为不间断电源充电；第二支路用于为电子负荷供电。

采用上述实施例，可以在第一电源切换装置，切换变压器或发电机为电子负荷供电的过程中，利用不间断电源供电，保证供电不间断。

根据本申请的实施例，每个电子负荷包括：第一配电柜，与第一支路连接；第二配电柜，与第二支路连接；电子设备，分别与第一配电柜和第二配电柜连接。

根据本申请的上述实施例，每个电子负荷还包括：第二电源切换装置，分别与第二支路、备份支路以及第二配电柜连接，用于切换第二支路或备份支路为电子负荷供电。

根据本申请的上述实施例，供电系统还包括：制冷系统，包括多个制冷设备；制冷支路，包括多个制冷子支路，其中，每个制冷设备对应设置一个第二电源切换装置，其中，每个第二电源切换设备分别与一个制冷设备、一个制冷子支路和备份支路连接。

下面以图3为例详述本申请的实施例，如图3所示，该系统中包括4个电子负荷(即关键负荷，在该实施例中电子负荷设置在机架中)、四个供电支路、一个制冷支路和一个备份支路。例如，在中压10kV(或其他电压等级)引入一路或多路进线(在该实施例中为1路)的情况下，对多个变压器进行馈电。其中，每个机架都可以是双电源(或多电源)的IT或网络设备。在图3所示的示例中，采用单路10kV的中压电力进线，给6个变压器进行馈电。每个变压器把中压10kV转换为低压400V，同时在每个电源单元中配置有发电机(如柴油发电机)，配合电源切换装置ATS转换不同的供电源，例如，在市电或变压器失效时候，发电机作为应急电源投入使用。在上述实施例中，有N个变压器，就有N个发电机，也即发电机和变压器的配置为1对1(即1:1)。其中图3中示出的变压器1-4为关键IT负荷(即上述的电子负荷)，变压器5为给IT负荷散热的制冷负荷(即上述实施例中的制冷系统中的制冷设备)，变压器6为公共备份冗余的UPS。需要说明的是，图3所示的变压器数量仅为示例，本申请保护的方案中变压器的数量不限于此数量。

下面以其中一个供电支路为例，对上述实施例进行详细说明，如图3所示的第一个供电支路中，供电支路的电源单元中包括变压器和柴油发电机，并且该电源单元中的ATS1表示第一电源切换装置，ATS2表示第二电源切换装置，该供电支路中包括两个支路，第一支路上设置有UPS。该实施例中，电子负荷为机房模块，该机房中的负载安装在机架内，机架通过两个配电柜分别与对应的电源单元中的两个支路连接。在该实施例中的冷冻站系统即上述实施例中的制冷系统，该制冷系统中的每个制冷设备通过一个冷冻站配电柜与一个制冷子支路连接，如图3中的冷冻站配电柜A、冷冻站配电柜B和冷冻站配电柜C。

在图3所示的实施例中，在低压400V输出母线上，每组主用变压器下做成2N容量的配电开关给不同机房模块的双电源设备机架供电(如图3中示出的机房模块1-4，该实施例中的机房模块即上述实施例中的电子符负荷)，而仅配置N组UPS，形成一路市电供电，一路为UPS电源供电的2N供电架构。同时市电供电回路，设置电源切换装置ATS和变压器-6的公共备份UPS进行切换。而对于制冷负荷，按每组冷冻站制冷设备设置ATS，和变压器-6的公共备份冗余UPS进行切换。

通过上述实施例中的供电系统，在正常工作情况下，变压器1-5为负荷供电，当市电中断时，变压器1-6均启动发电机供电；关键IT负荷在市电和发电机切换期间，使用对应其变压器的UPS供电，不会使用备用变压器6的UPS供电；当非市电中断的任一设备故障时，负荷通过ATS切换到公共备份回路，切换期间，由其对应变压器的UPS供电。

在一个可选的实施例中，供电电路中至少一个支路的电源单元可以包括：变压器，与市电输入线连接；飞轮不间断电源，与连接在变压器与母线之间，飞轮不间断电源包括：发电机和不间断电源，市电输入线输入的电能带动发电机给不间断电源充电和为电子负荷供电。

可选地，备份支路中的电源单元可以包括变压器和飞轮不间断电源。进一步地，供电电路中的每个电源单元均可以包括飞轮不间断电源。

为了避免在制冷负荷切换到和IT负荷共用的备份UPS组时产生的机械负载冲击电流，使用带发电机一体的飞轮UPS进行公共备份，以增强系统的可靠性。

进一步地，供电系统还包括：并机隔离母线，用于连接各个支路中的飞轮不间断电源，以组成冗余设计。

下面结合图4和图5对本申请进行详细说明，如图4所示，备份支路的电源单元中的UPS使用飞轮UPS的方式，冷冻站A配电柜、冷冻站B配电柜和冷冻站C配电柜分别对应图3中的冷冻站配电柜A、冷冻站配电柜B和冷冻站配电柜C。

和并机隔离母线方式(Isolated Parallel bus)，同时在输出上也使用ATS进行切换，相当于采用了2级N+1备份方式，一个在飞轮UPS的输出上做并机隔离母线，一个是负载端进行ATS切换，系统造价会更加高昂，但可靠性会更高。

如图5所示，在变压器1至4和公共备份变压器6(即备份支路中的电源单元中的变压器)均使用发电机和飞轮一体的UPS，同时使用并机隔离母线进行每台飞轮UPS的连接。当任意一台飞轮UPS故障时，其他飞轮UPS均可确保冗余。

图4和图5中的PDU配电柜-A与图3中的第一配电柜相对应，PDU配电柜-B与上述的第二配电柜相对应。

本申请上述实施例中的电子负荷可以为服务器，该服务器可以包括如图6所示的一个或多个(图中采用102a、102b，……，102n来示出)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输模块106。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口(可以作为I/O接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图6所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图6中所示更多或者更少的组件，或者具有与图6所示不同的配置。

应当注意到的是上述一个或多个处理器102和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10(如图6中的服务器)中的其他元件中的任意一个内。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

如表2所示，比较现有的双总线系统2N(N+1)的数据中心的供电系统与本申请的供电系统的配置可以得到，对于同样的关键负荷N(即上述实施例中的电子负荷)，现有技术中需设置2N个变压器和2N(2N+1)个UPS，成本高昂；而采用本申请的技术，在2N的数据中心供电系统(也是2N配置的UPS和变压器)下，可以使用N+1个变压器和N+1个UPS实现供电，大大降低了配置的成本。

表2

本申请还提供了一种机房，该机房包括上述任意一种的供电系统。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据中心的供电系统，其特征在于，包括供电电路和多个电子负荷，其中，所述供电电路包括：

多个供电支路，每个所述供电支路与一个所述电子负荷连接，所述供电支路至少使用市电输入为对应的所述电子负荷供电；

备份支路，与每个所述电子负荷连接，用于在所述供电支路无法为所述电子负荷供电的情况下为所述电子负荷供电；

其中，所述备份支路和每个所述供电支路中分别设置有不间断电源，所述不间断电源用于在对应支路的市电输入无法供电的情况下为对应的所述电子负荷供电。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述供电电路包括的各个支路分别包括：

电源单元，通过母线与所述电子负荷连接。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述电源单元包括：

变压器，与市电输入线连接；

发电机，与所述母线连接，用于在市电或者所述变压器故障时发电；

第一电源切换装置，分别与所述变压器和所述发电机连接，用于切换所述变压器或所述发电机为所述电子负荷供电。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述供电支路还包括：第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路并联连接在所述母线与所述电子负荷之间，所述第一支路中设置有所述不间断电源，所述第一支路用于为所述不间断电源充电；所述第二支路用于为所述电子负荷供电。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，每个所述电子负荷包括：

第一配电柜，接入所述第一支路；

第二配电柜，接入所述第二支路；

电子设备，分别与所述第一配电柜和所述第二配电柜连接。

6.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于，

每个所述电子负荷还包括：第二电源切换装置，分别与所述第二支路、所述备份支路以及所述第二配电柜连接，用于切换所述第二支路或所述备份支路为所述电子负荷供电。

7.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述供电电路中至少一个支路的所述电源单元包括：

变压器，与市电输入线连接；

飞轮不间断电源，连接在所述变压器与所述母线之间，所述飞轮不间断电源包括：发电机和不间断电源，所述市电输入线输入的电能带动所述发电机为所述不间断电源充电和为所述电子负荷供电。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括：

并机隔离母线，用于连接供电电缆中的多个飞轮不间断电源。

9.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

所述数据中心包括：制冷系统，包括多个制冷设备；

所述供电系统还包括：制冷支路，包括多个制冷子支路，

其中，每个制冷设备对应设置一个第二电源切换装置，其中，每个所述第二电源切换设备分别与一个制冷设备、一个所述制冷子支路和所述备份支路连接。

10.一种机房，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的供电系统。