CN208806650U - 一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述电力优化系统包括蓄电池组、整流器A、逆变器A以及变频器，所述变频器包括依次串联的整流器B与逆变器B，所述整流器A与所述逆变器A依次串联构成整流逆变电路，所述整流逆变电路的输出端接入到所述变频器的输入端，所述整流器A以及所述蓄电池组的输出端接入到所述逆变器B的输入端。本实用新型的优点是：通过在整流逆变电路中整流器后增加输出端子，将其连接到变频器中的逆变器输入端，省去了供电系统中的一次逆变和整流，从而减少供电设备的多余工作量与电力的损耗，保证了电力系统供电的稳定性。

Description

一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，具体涉及一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统。

背景技术

随着社会的发展和人们生活质量的提高，人们对于电能质量的要求也越来越高。一些重要负载，比如单台计算机、计算机网络或是云端大数据中心等要求稳定、不间断的电力供应，因此，这些重要负载对于电力供电系统的可靠性提出了越来越高的要求。迫切需要一种新型的不间断储能供电系统，以保障这些重要负载不间断的稳定运行，提高市电电网供电可靠性。

目前的不间断电源（即UPS）是将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，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。但是该类供电系统将市电进行多次的整流、逆变，对设备的损耗以及电力转换的能耗较大，故障率也相应提高，因此十分有必要对目前的应急保证的供电电力系统进行优化。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，该电力优化系统通过在整流逆变电路中整流器后增加输出端子，将其连接到变频器中的逆变器输入端，省去了一次逆变和整流，从而减少设备的工作量与电力的损耗，提高了其安全性能和使用寿命。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述电力优化系统包括蓄电池组、整流器A、逆变器A以及变频器，所述变频器包括依次串联的整流器B与逆变器B，所述整流器A与所述逆变器A依次串联构成整流逆变电路，所述整流逆变电路的输出端接入到所述变频器的输入端，所述整流器A的输出端以及所述蓄电池组接入到所述逆变器B的输入端。

所述整流器A的输出端与所述蓄电池组连接。

所述电力优化系统还包括与所述整流逆变电路并联的静态旁路，所述静态旁路上连接有静态切换开关与断路器。

所述电力优化系统还包括与所述整流逆变电路并联的维修旁路，所述维修旁路上连接有断路器。

所述整流器A、所述逆变器A、所述整流器B以及所述逆变器B采用的功率器件为SiC功率器件、GaN功率器件中的一种或两种组合。

本实用新型的优点是：通过在整流逆变电路中整流器后增加输出端子，将其连接到变频器中的逆变器输入端，省去了供电系统中的一次逆变和整流，从而减少供电设备的多余工作量与电力的损耗，改善了对蓄电池组的充电质量，提高了变频器等设备的安全性能以及使用寿命，保证了电力系统供电的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型中用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统的电路原理示意图；

图2为本实用新型中变频器采用SiC功率器件的主回路电气原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1，图中标记1-23分别为：市电主进线1、UPS 2、断路器3、电阻4、整流器5、逆变器6、断路器7、断路器8、电阻9、整流器10、逆变器11、变频器12、蓄电池组13、断路器14、直流输出端子15、断路器16、旁路进线17、断路器18、静态切换开关19、断路器20、断路器21、地线22、负载23。

实施例1：如图1所示，本实施例具体涉及一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，该电力优化系统包括UPS 2以及变频器12，通过在UPS 2的整流器5的输出端增加直流输出端子15，并通过直流电缆连接至变频器12中的逆变器11的输入端，省去了电力系统中的一次逆变和整流过程，达到减少供电设备的多余工作量以及电力损耗的目的。

如图1所示，本实施例中一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统主要包括UPS 2以及变频器12，UPS 2，即不间断电源，主要包括整流器5、逆变器6以及蓄电池组13，整流器5与逆变器6依次串联构成整流逆变电路，该电路上存在电阻4，市电通过市电主进线1接入UPS 2，与整流逆变电路连接，市电主进线1上设置有断路器3，可用于在必要时切断市电接入，UPS 2的输出端即整流逆变电路的输出端与变频器12的输入端连接，UPS2与变频器12之间设置有断路器8，可在必要时隔断UPS 2与变频器12的连接。变频器12主要包括依次串联的整流器10以及逆变器11，变频器12的输出端与负载23连接，此外变频器12还通过地线22与地相连，防止其内部电路故障出现短路使外壳带电而引起触电事件。UPS 2中的整流器5的输出端增设有直流输出端子15，并通过直流电缆连接至变频器12中的逆变器11的输入端，直流电缆上设置有断路器16，可在必要时切断电路。市电主进线1、整流器5以及逆变器11构成了本电力优化系统的主供电线路，即市电作为主用电源，经过整流器5的整流作用以及逆变器11的逆变作用输出三相交流电给负载23供电。

如图1所示，UPS 2中还包括大容量的蓄电池组13，蓄电池组13与整流器5的输出端的直流输出端子15相连接，其间同样设置有断路器14，可在必要时切断电路，而直流输出端子15与变频器12中的逆变器11的输入端连接，即蓄电池组13与逆变器11的输入端同样连通。当电力优化系统工作在主供电线路上，即市电作为主用电源时，整流器5将交流市电整流为直流电对蓄电池组13进行充电，确保蓄电池组13一直处于满电量状态。蓄电池组13以及逆变器11主要地构成了本电力优化系统的备用供电线路，即当市电中断的瞬间，蓄电池组13立即零间断给逆变器11输出直流电，逆变器11通过逆变作用将直流电变为三相交流电给负载23供电，确保负载23的电力供应不间断，防止云端大数据中心的电器因断电而造成数据丢失。

如图1所示，本电力优化系统还包括了与整流逆变电路并联的静态旁路，静态旁路上设置有断路器18和静态切换开关19，当UPS 2需要进行定期维护或过载时间超过了逆变器6的输出能力时，或UPS 2故障时，静态切换开关19可以将负载23转换到静态旁路上。静态旁路可以隔离逆变器6并通过旁路进线17提供一个直接的交流旁路电源。UPS 2中设置有逻辑电路以连续监视静态旁路的可用性，以便必要时进行转换。

如图1所示，本电力优化系统还包括了与整流逆变电路并联的维修旁路，维修旁路上设置有断路器21，当UPS 2需要关断全部电源进行维护时，维修旁路可以提供从旁路进线17到关键负载的另一个通道，提供一个直接的交流旁路电源给变频器12。

如图1所示，本电力优化系统的工作原理为：

（1）当市电作为主用电源时，市电经市电主进线1流入整流器5，整流器5将三相交流电整流为直流电，一路输送至蓄电池组13进行充电，确保蓄电池组13电量充足，另一路输送至逆变器11将直流电逆变为三相交流电给负载23供电。

（2）当市电中断时，蓄电池组13无间断给逆变器11输出直流电，逆变器11通过逆变作用将直流电变为三相交流电给负载23供电，确保负载23的电力供应不间断，防止云端大数据中心的电器因断电而造成数据丢失。

（3）当UPS 2需要进行定期维护或过载时间超过了逆变器6的输出能力时，或UPS 2故障时，静态切换开关19将负载23转换到静态旁路上。静态旁路将逆变器6进行隔离，并通过旁路进线17提供一个直接的交流旁路电源给变频器12 ，变频器12输出三相交流电给负载23正常供电。

（4）当UPS 2需要关断全部电源进行维护时，维修旁路通过旁路进线17提供一个直接的交流旁路电源给变频器12，变频器12输出三相交流电给负载23正常供电。

本实施例的有益效果是：通过在UPS的整流逆变电路中的整流器后增加直流输出端子，将其连接到变频器的逆变器输入端，省去了供电系统中的一次逆变和整流，从而减少供电设备的多余工作量与电力的损耗，改善了对蓄电池组的充电质量，提高了变频器等设备的安全性能以及使用寿命，保证了电力系统供电的稳定性。

实施例2：如图1、2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：整流器5、逆变器6、整流器10和逆变器11中的功率器件采用SiC功率器件或GaN功率器件中的一种或两种组合来代替传统的IGBT硅功率器件。

如图2所示，变频器12中的整流逆变电路采用三相桥式整流电路和三相桥式逆变电路组合，其中L1、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6构成三相桥式整流电路，C1、C2、S1、S2、S3、S4、S5、S6构成三相桥式逆变电路。传统的硅基材料由于无法提供较低的导通电阻，因而在电力传输或转换使会导致大量能量损耗，而相比于传统的硅功率器件，本实施例中采用的SiC功率器件和GaN功率器件具有以下优点：开关功耗小，开关频率高，更适合高频开关电源；具有极低的正向压降，导通功耗低；采用的MPS（即合并肖特基P-N结）架构提高了抗冲击能力，降低了漏电流；在高温工作环境下电性稳定且能效较好，切换速度快，组件效率提升，还可减少散热系统体积。

采用硅功率器件的大型数据中心的用电负荷在UPS及变频器环节的损耗多达7%-10%，即损耗在采用硅基功率器件的整流和逆变电路中，若采用本实施例中的SiC或GaN功率器件，可大大减少整流逆变环节的损耗。以3000个机柜的典型数据中心为例，其每年用电量约1亿kwh，若采用SiC及GaN基功率器件，按减少5%损耗计算，则每年可减少500万kwh的电能损耗。同时，SiC及GaN器件寿命更长，发热更低，减少了器件运行时降温电器的工作电量。

本实施例的有益效果是：采用的SiC功率器件和GaN功率器件具有开关功耗小、开关频率高、导通功耗低、寿命长和发热低的优点，能够有效减少云端大数据中心供电电器的电能损耗。

Claims (5)

1.一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述电力优化系统包括蓄电池组、整流器A、逆变器A以及变频器，所述变频器包括依次串联的整流器B与逆变器B，所述整流器A与所述逆变器A依次串联构成整流逆变电路，所述整流逆变电路的输出端接入到所述变频器的输入端，所述整流器A的输出端以及所述蓄电池组接入到所述逆变器B的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述整流器A的输出端与所述蓄电池组连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述电力优化系统还包括与所述整流逆变电路并联的静态旁路，所述静态旁路上连接有静态切换开关与断路器。

4.根据权利要求1所述的一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述电力优化系统还包括与所述整流逆变电路并联的维修旁路，所述维修旁路上连接有断路器。

5.根据权利要求1所述的一种用于云端大数据中心应急保证的电器电力优化系统，其特征在于所述整流器A、所述逆变器A、所述整流器B以及所述逆变器B采用的功率器件为SiC功率器件、GaN功率器件中的一种或两种组合。