CN221058042U - 数据中心交直流配电系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种数据中心交直流配电系统，包括：供电模块、控制模块、直流输出模块、交流输出模块、储能模块和备电模块；所述控制模块包括：第一整流单元、第一逆变单元、电力变压单元、第二整流单元和第二逆变单元；第一整流单元一端连接供电模块，另一端连接第一逆变单元，第一整流单元与第一逆变单元之间还连接储能模块；第一逆变单元连接电力变压单元；电力变压单元连接第二整流单元；第二整流单元分别连接直流输出模块和第二逆变单元；第二整流单元与第二逆变单元之间还连接备电模块。本申请通过三级型PET拓扑结构的设置，优化供配电系统链路，整合能量存储设备，不仅提高供电系统的效率，最大化提高能效，还保证资源的合理分配。

Description

数据中心交直流配电系统

技术领域

本申请涉及供配电技术领域，尤其涉及一种数据中心交直流配电系统。

背景技术

随着我国“双碳”目标的提出，绿色低碳节能势必将成为未来数据中心的发展方向。

目前传统供配电系统链路过长，从外市电引入经过高压配电、变压器、低压配电、不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)等设备将电能送至负载设备，效率较低。为实现不间断供电，在UPS侧配置后备蓄电池，蓄电池长期出于闲置状态，造成资源浪费。且传统供配电系统由多个设备组成，占地面积大，集成化程度低，需现场施工，造成工期较长。而随着电网绿电比例的增加，峰谷电价差增大，储能技术将会在数据中心有效融合，但目前传统的供配电系统无法兼容储能技术。

实用新型内容

为了解决现有的技术问题，本申请实施例提供了一种数据中心交直流配电系统。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种数据中心交直流配电系统，包括：供电模块、控制模块、直流输出模块、交流输出模块、储能模块和备电模块；

所述控制模块包括：第一整流单元、第一逆变单元、电力变压单元、第二整流单元和第二逆变单元；

所述第一整流单元一端连接所述供电模块，另一端连接所述第一逆变单元；所述第一整流单元与所述第一逆变单元之间还连接所述储能模块；所述第一逆变单元连接所述电力变压单元；所述电力变压单元连接所述第二整流单元；所述第二整流单元分别连接所述直流输出模块和所述第二逆变单元；所述第二整流单元与所述第二逆变单元之间还连接所述备电模块。

进一步的，所述供电模块包括市电电网或发电机。

进一步的，所述储能模块包括储能端直流变压单元，用于对输入所述储能模块或所述储能模块输出的直流电进行变压处理。

进一步的，所述储能模块包括储能设备。

进一步的，所述储能设备包括蓄电池组或光伏设备。

进一步的，所述备电模块包括备电端直流变压单元，用于对输入所述备电模块或所述备电模块输出的直流电进行变压处理。

进一步的，所述备电模块包括备电设备。

进一步的，所述备电设备包括蓄电池组。

进一步的，所述直流输出模块用于对直流电压为240V/336V的IT负载供电。

进一步的，所述交流输出模块于对交流电压为380V的动力负载供电。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例中，数据中心交直流配电系统包括供电模块、控制模块、直流输出模块、交流输出模块、储能模块和备电模块；所述控制模块包括：第一整流单元、第一逆变单元、电力变压单元、第二整流单元和第二逆变单元；第一整流单元一端连接供电模块，另一端连接第一逆变单元，第一整流单元与第一逆变单元之间还连接储能模块；第一逆变单元连接电力变压单元；电力变压单元连接第二整流单元；第二整流单元分别连接直流输出模块和第二逆变单元；第二整流单元与第二逆变单元之间还连接备电模块。本申请通过三级型PET拓扑结构的设置，优化供配电系统链路，整合能量存储设备，使供电模块、储能模块、备电模块、交流输出模块、直流输出模块相互连接；通过对当前供配电情况的检测识别，由控制模块根据需求对应利用所述供电模块、储能模块和备电模块对负载设备进行交、直流供电，从而避免用电高峰期、停电等情况下出现间断供电的情况。不仅提高了供电系统的效率，最大化提高能效，还保证了资源的合理分配。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种数据中心交直流配电系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种数据中心交直流配电系统的第一种供电路由示意图；

图3是本申请实施例提供的一种数据中心交直流配电系统的第二种供电路由示意图；

图4是本申请实施例提供的一种数据中心交直流配电系统的第三种供电路由示意图；

图5是本申请实施例提供的一种数据中心交直流配电系统的第四种供电路由示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅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，也不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“滑动连接”、“固定”、“套接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。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申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。

本申请的数据中心交直流配电系统包括电力变压单元(Power ElectronicTransformer,PET)、整流单元、逆变单元、直流变压单元，采用三级型PET拓扑结构，使一种电力特征的电能通过整流单元、逆变单元、直流变压单元处理后变换为另一种电力特征的电能，即，实现交流、直流的转换。其中，整流单元用于将交流电变换为直流电，又称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载；逆变单元用于把直流电变成交流电，又称为DC/AC变换。逆变单元可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。电力变压单元通过引入电力变换技术及控制技术，能够对变压器的原方和副方的电压或者电流的幅值、相位进行灵活的处理和控制，并且可以根据实际需要对系统的潮流进行控制；同时，电力变压单元与蓄电池连接之后，可以提高供电的可靠性；电力变压单元无论是在满载额定运行、低压侧一相断线、三相短路，以及高压侧电压三相不平衡和有谐波污染等工况下都有较好的输入输出特性，能够避免一侧系统的不平衡对另一侧系统的影响，因而较常规电力变压器具有更加优良的性能，电力变压单元可以实现更为稳定和灵活的输电。

如图1所示,本申请实施例提供了一种数据中心交直流配电系统，包括：供电模块1、控制模块2、直流输出模块3、交流输出模块4、储能模块5和备电模块6。

控制模块2具体包括：第一整流单元21、第一逆变单元22、电力变压单元23、第二整流单元24和第二逆变单元25。

第一整流单元21一端连接供电模块1，另一端连接第一逆变单元22。第一整流单元21能够接收从供电模块1传输来的交流电，并将交流电转换为直流电，再传输给第一逆变单元22。

供电模块1可以包括常规的市电电网11，还可以包括发电机12作为备用。在正常情况下，市电电网11可以通过供电模块1直接为数据中心交直流配电系统供电，当市电电网11处于失电的情况时，可以由发电机12通过供电模块1为数据中心交直流配电系统供电。供电模块1的接入容量可以按照具体的下级负载进行设计配置，保障不间断供电。

第一整流单元21与第一逆变单元22之间连接有储能模块5。第一整流单元21可以将转换后的直流电传输给储能模块5，对储能模块5的储能设备52进行充电。储能设备52也可以通过储能模块5将直流电传输给第一逆变单元22。

储能模块5包括储能端直流变压单元51，可以对输入储能设备52或储能设备52输出的直流电进行变压处理。储能模块5还可以包括储能设备52，在实际中，可以以蓄电池组或光伏设备作为储能设备52。

第一逆变单元22还连接电力变压单元23。第一逆变单元接22接收从第一整流单元21或储能模块5传输来的直流电后，可以将直流电转换为交流电，然后将转换后的交流电再传输给电力变压单元23。

电力变压单元23还连接第二整流单元14。电力变压单元13将第一逆变单元22传输来的交流电进行降压处理后，再传输给第二整流单元24。电力变压单元23还具有自动调压和/或手动调压功能，可改善光伏设备的供电质量。

第二整流单元24分别连接直流输出模块3和第二逆变单元25。第二整流单元25接收到电力变压单元23降压处理后的交流电后，将交流电转换为直流电，之后，一方面传输给直流输出模块3，直流输出模块3能够对直流电压为240V/336V的IT负载供电；另一方面传输给第二整流单元25。

第二整流单元24与第二逆变单元25之间还连接有备电模块6。第二整流单元24还可以将转换后的直流电传输给备电模块6，对备电模块6的备电设备62进行充电。备电设备62也可以通过备电模块6将直流电传输给第二逆变单元25。

备电模块6包括备电端直流变压单元61，可以对输入备电设备62或备电设备62输出的直流电进行变压处理。备电模块6还可以包括备电设备62，在实际中，可以以蓄电池组作为备电设备62。

第二逆变单元25将第二整流单元24或备电模块6传输来的直流电重新转换为交流电，然后传输给与其相连的交流输出模块4，交流输出模块4能够于对交流电压为380V的动力负载供电。

本申请实施例中，还可以在供电模块1、直流输出模块3、交流输出模块4、储能端口5和备电模块6与控制模块2的各单元连接处可分别电连接设置智能控制开关(图中未示出)。控制模块2根据识别到的当前电力情况打开/关闭开关各端口的智能控制开关，对数据中心交直流配电系统进行调控，减少不必要的资源浪费。

图2所示是本申请数据中心交直流配电系统的第一种供电路由，当供电模块1的市电电网11侧正常时，智能控制开关保持打开状态，控制模块2控制市电电网11向直流输出模块3和交流输出模块4提供电能，为负载设备供电，并向储能模块4和备电模块5提供电能，为其充电用作储备。

图3所示是本申请数据中心交直流配电系统的第二种供电路由，当供电模块1的市电电网11侧正常，但识别到当前处于电价较高时段，则关闭供电模块1的市电电网11智能控制开关，控制模块2控制储能模块4向直流输出模块3和交流输出模块4提供电能，为负载设备提供交、直流电源，以实现削峰填谷，最大化降低用电成本。

图4所示是本申请数据中心交直流配电系统的第三种供电路由，当供电模块1的市电电网11侧失电时，打开储能模块4和/或备电模块5的智能控制开关，由储能模块4和/或备电模块5向直流输出模块3和交流输出模块4提供电能，为负载设备提供交、直流电源，保障负载设备不间断运行；当供电模块1的市电电网11侧恢复，可关闭储能模块4和/或备电模块5的智能控制开关，打开供电模块1的市电电网11侧智能控制开关，转至供电模块1的市电电网11侧向直流输出模块3和交流输出模块4不间断供电。

图5所示是本申请数据中心交直流配电系统的第四种供电路由，当供电模块1的市电电网11侧长时间失电，且失电时间大于储能模块4或备电模块5的储备容量可用时长时，将启动供电模块1的发电机12，由发电机12向直流输出模块3和交流输出模块4提供电能，为负载设备提供交、直流电源。

市电电网优选清洁能源，作为主要使用的电能；经过变压处理，输出交、直流电源为负载设备提供电能，以实现不间断供电。发电机可以是由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能进行供电。

光伏设备是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能；根据实时电价削峰填谷，储能容量根据项目需求配置。在阳光照射下，光伏产生的是直流电，然而日常生活中的常用负载以及绝大多数动力机械需要以交流电源供电，因此需要把光伏产生的直流电转换为各种不同要求频率和电压值的交流电。直流变交流的必要性体现在当供电系统需要升高或降低电压时，交流系统只需加一个变压器即可。光伏发电的优点在于其过程不污染环境，不破坏生态，能源清洁、安全、可再生。

光伏设备发电可以依靠蓄电池来储存多余的电能，故在光伏设备发电的运行过程中，由于蓄电池故障而影响系统正常工作的情况更会占有很大比例。所以，选择适当的蓄电池类型，确定合适的蓄电池容量，精确地实施安装、操作，精心维护,对于光伏发电的正常运行十分重要。相较于普通铅酸蓄电池对环境污染较大，且要求有一定的维护，而采用碱性镍铬蓄电池的优点是其具有较好的低温、过充及过放性能，同时对环境的污染较少。

备电模块的蓄电池组可以根据负载设备和项目需要配置。因为蓄电池组是独立可靠的操作电源，它不受交流电源的影响，即使在全厂停电及母线短路的情况下，仍能保证连续可靠地工作。蓄电池电压平稳、容量大，它既适用于各种比较复杂的继电保护和自动装置，也适用于各类断路器的传动，故大型企业变电所通常用蓄电池组作操作电源。

本申请实施例中，数据中心交直流配电系统，通过三级型PET拓扑结构的设置，优化供配电系统链路，整合能量存储设备，使供电模块、储能模块、备电模块、交流输出模块、直流输出模块相互连接；通过对当前供配电情况的检测识别，由控制模块根据需求对应利用供电模块、储能模块和备电模块对负载设备进行交、直流供电，从而避免用电高峰期、停电等情况下出现间断供电的情况。不仅提高了供电系统的效率，最大化提高能效，还保证了资源的合理分配。

本申请的数据中心交直流配电系统采用三级型PET拓扑结构，为分布式发电的接入提供端口，并整合能量存储设备。与单级结构相比，三级型PET具有的低压直流环节可以整合能量存储设备，提高PET的穿越能力，其良好的控制特性可使PET实现的功能更多，并能为分布式发电的接入提供接口。分布式发电的各端电站相互独立，用户可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以更加安全可靠；同时和供配电系统配合，弥补了电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时保证持续供电；通过对区域电力的质量和性能进行实时监控，按需供电，大大减小环保压力。

本申请实施例可以在保证安全可靠的前提下，有效融合储能设备，最大化提高能效，提升交付速度，并且可接入储能实现削峰填谷，最大化降低用电成本保障不间断供电。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种数据中心交直流配电系统，其特征在于，包括：供电模块、控制模块、直流输出模块、交流输出模块、储能模块和备电模块；

所述控制模块包括：第一整流单元、第一逆变单元、电力变压单元、第二整流单元和第二逆变单元；

所述第一整流单元一端连接所述供电模块，另一端连接所述第一逆变单元；所述第一整流单元与所述第一逆变单元之间还连接所述储能模块；所述第一逆变单元连接所述电力变压单元；所述电力变压单元连接所述第二整流单元；所述第二整流单元分别连接所述直流输出模块和所述第二逆变单元；所述第二整流单元与所述第二逆变单元之间还连接所述备电模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电模块包括市电电网或发电机。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能模块包括储能端直流变压单元，用于对输入所述储能模块或所述储能模块输出的直流电进行变压处理。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述储能模块包括储能设备。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述储能设备包括蓄电池组或光伏设备。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述备电模块包括备电端直流变压单元，用于对输入所述备电模块或所述备电模块输出的直流电进行变压处理。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述备电模块包括备电设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述备电设备包括蓄电池组。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流输出模块用于对直流电压为240V/336V的IT负载供电。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交流输出模块于对交流电压为380V的动力负载供电。