本發(fā)明數(shù)據(jù)中心建設(shè)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于數(shù)據(jù)中心的直流供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著IT技術(shù)的進(jìn)步和智能終端設(shè)備的普及，采用云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模都需要大幅增加，數(shù)據(jù)中心的動力平臺作為基礎(chǔ)建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從某種程度上決定了數(shù)據(jù)中心的安全運(yùn)營和可用性。不但如此，動力平臺環(huán)保節(jié)能也是降低機(jī)房PUE指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要支撐。對于廣大數(shù)據(jù)中心建設(shè)者和管理者而言，采用何種供電解決方案，用什么樣的電壓等級供電，前期的規(guī)劃是否合理非常關(guān)鍵，既要符合“綠色I(xiàn)T”的大環(huán)境要求，又要確保數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)、平滑擴(kuò)容、方便維護(hù)，模塊化數(shù)據(jù)中心日益被業(yè)界特別是業(yè)務(wù)急速發(fā)展的IT公司所接受。

但現(xiàn)有的直流供電系統(tǒng)存在UPS供電效率偏低、太陽能等可再生能源接入困難、使用效率較低以及單一直流母線無法兼顧線路損耗和電池單體電壓等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種用于數(shù)據(jù)中心的直流供電系統(tǒng)，利用中壓交流電直接輸入到安放在室內(nèi)的固態(tài)變壓器，同時(shí)高壓直流電進(jìn)行室內(nèi)的供電分配，高壓直流母線接入可再生能源發(fā)電系統(tǒng)或其他分布式電源，并將UPS配置在低壓直流母線上，解決提高數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)效率和可再生能源接入能力及使用效率，并提高UPS供電效率的技術(shù)問題。

本發(fā)明的一種用于數(shù)據(jù)中心的直流供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括第一交流電網(wǎng)1、固態(tài)變壓器3、一套UPS系統(tǒng)9、若干IT負(fù)載7、若干風(fēng)扇負(fù)載8以及一個(gè)直流供電系統(tǒng)；其中：

所述直流供電系統(tǒng)包括中壓交流母線2、固態(tài)變壓器3、高壓直流母線4、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊5、低壓直流母線6、及UPS系統(tǒng)9；所述UPS系統(tǒng)9包括儲能充放電控制器10、第二交流電網(wǎng)11以及儲能電池12，并且連接至低壓直流母線6；

所述第一交流電網(wǎng)1經(jīng)中壓交流母線2連接固態(tài)變壓器3，再經(jīng)高壓直流母線4連接直流電壓轉(zhuǎn)換模塊5，正常情況下，IT負(fù)載7和風(fēng)扇負(fù)載8由第一交流電網(wǎng)1經(jīng)高壓直流母線4提供系統(tǒng)供電，儲能電池12則由第二交流電網(wǎng)11通過儲能充放電控制器10進(jìn)行充電，保證儲能電池的能量處于所需狀態(tài)；

當(dāng)?shù)谝唤涣麟娋W(wǎng)1或高壓直流母線4發(fā)生故障而無法供電的情況下，儲能電池12通過儲能充放電控制器10釋放能量至低壓直流母線6，從而實(shí)現(xiàn)IT負(fù)載7和風(fēng)扇負(fù)載8的不間斷供電。即：第二交流電網(wǎng)11和儲能電池12同時(shí)通過儲能充放電控制器10給低壓直流母線6供電。

所述系統(tǒng)還包括連接高壓直流母線4的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)13或分布式電源14，當(dāng)?shù)谝唤涣麟娋W(wǎng)1發(fā)生故障而無法供電的情況下，經(jīng)高壓直流母線4提供系統(tǒng)供電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

1、本發(fā)明將中壓交流電直接輸入至安放在室內(nèi)的固態(tài)變壓器中，同時(shí)利用高壓直流電進(jìn)行整體供電分配，大幅度降低了變壓器體積和配電線體積及成本；

2、本發(fā)明利用高壓直流母線接入可再生能源發(fā)電系統(tǒng)或其他分布式電源，便于可再生能源高效靈活接入，并進(jìn)一步提高了電能利用率；

3、本發(fā)明將UPS配置在低壓直流母線上，系統(tǒng)配置靈活，有利于大幅度降低電池充放電損耗，并提高數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：1、第一交流電網(wǎng)，2、中壓交流母線，3、固態(tài)變壓器，4、高壓直流母線，5、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊，6、低壓直流母線，7、IT負(fù)載(CPU等負(fù)載)，8、風(fēng)扇等負(fù)載(散熱)，9、UPS系統(tǒng)，10、儲能充放電控制器，11、第二交流電網(wǎng)，12、儲能電池，13、再生能源發(fā)電系統(tǒng)，14、分布式電源；

圖2是本發(fā)明的直流供電系統(tǒng)走線及配電示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明所涉及的數(shù)據(jù)中心直流供電系統(tǒng)的較佳實(shí)施方案包括第一、第二交流電網(wǎng)1和11、若干IT設(shè)備7、若干風(fēng)扇8及直流供電系統(tǒng)，其中：

直流供電系統(tǒng)的較佳實(shí)施方案包括中壓交流母線2、固態(tài)變壓器3、高壓直流母線4、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊5、低壓直流母線6、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)13、分布式電源14及UPS系統(tǒng)9。本實(shí)施方案中，固態(tài)變壓器3與中壓交流母線2相連，其中：中壓交流母線2電壓在1kV-10kV之間，固態(tài)變壓器3通過AC/DC功率變換(可能附加相應(yīng)的DC/DC功率變換單元)單元實(shí)現(xiàn)高壓直流輸出，本實(shí)施方案中，高壓直流母線4電壓在380VDC-450VDC之間?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)13和分布式電源14屬于選配單元，包括但是不限于太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)等，用戶可根據(jù)環(huán)境和需要自行選擇合適的可再生能源或分布式電源。

UPS系統(tǒng)9的較佳實(shí)施方案包括儲能充放電控制器10、第二交流電網(wǎng)11以及儲能電池12。本實(shí)施方案中，UPS系統(tǒng)9連接至12V-48V的低壓直流母線6上，正常情況下，IT負(fù)載7和風(fēng)扇負(fù)載8由第一交流電網(wǎng)1經(jīng)高壓直流母線4供電，儲能電池12則由第二交流電網(wǎng)11通過儲能充放電控制器10進(jìn)行充電，保證儲能電池的能量處于所需狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝唤涣麟娋W(wǎng)1或高壓直流母線4發(fā)生故障而無法供電的時(shí)候，儲能電池12通過儲能充放電控制器10釋放能量至低壓直流母線6，從而實(shí)現(xiàn)IT負(fù)載7和風(fēng)扇負(fù)載8的不間斷供電。即：第二交流電網(wǎng)11和儲能電池12同時(shí)通過儲能充放電控制器10給低壓直流母線6供電，從而提高UPS系統(tǒng)的不間斷供電能力。儲能電池10為24V或48V電池單體組成的電池組。

另外，當(dāng)數(shù)據(jù)中心所需的電力供電能力較高時(shí)，固態(tài)變壓器3、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊5及儲能充放電控制器10的數(shù)量可以成比例增加。這種擴(kuò)容，不僅可以在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行，同時(shí)在后期數(shù)據(jù)中心改造升級時(shí)仍然可以進(jìn)行。當(dāng)增加特定數(shù)量的IT負(fù)載7和風(fēng)扇負(fù)載8時(shí)，可成比例配備相應(yīng)的直流電壓轉(zhuǎn)換模塊5和UPS系統(tǒng)9。

如圖2所示，上述數(shù)據(jù)中心直流供電系統(tǒng)通過中壓交流母線2直接供電、高壓直流母線4和低壓直流母線6分別設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了多種可再生能源高效、靈活接入，實(shí)現(xiàn)了UPS系統(tǒng)高效接入。高壓直流母線4在供電系統(tǒng)容量較大時(shí)可有效降低線損，減少系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)成本，并且通過直流電壓轉(zhuǎn)換模塊將高壓直流電集中轉(zhuǎn)換成低壓直流電再輸送給負(fù)載，將有利于在負(fù)載臨近位置配置相應(yīng)的直流電壓轉(zhuǎn)換單元，可提高系統(tǒng)靈活性。并且數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的IT設(shè)備和散熱風(fēng)扇可直接由低壓直流母線的低壓直流電供給，大大提高了系統(tǒng)能源利用效率。

對于第一、第二交流電網(wǎng)1和11，兩者可以是不同電壓等級且不同來源的交流電網(wǎng)，也可以是相同電壓等級且相同來源的交流電網(wǎng)，但如果考慮系統(tǒng)可靠性和效率則優(yōu)先選擇不同電壓等級和不同來源的交流電網(wǎng)，第一交流電網(wǎng)1具有較高電壓等級，例如100kV及以上，第二交流電網(wǎng)11具有較低電壓等級，指一般市電，其電壓為380V三相或220V單相。

對于中壓交流母線2，高壓直流母線4和低壓直流母線6這三條母線，其中中壓交流母線2通過將高壓交流電網(wǎng)能量經(jīng)由大型工頻變壓器傳輸至數(shù)據(jù)中心機(jī)房獲得，也可以直接從配變電站乃至市電直接獲取，交流母線的電壓等級主要由數(shù)據(jù)中心功率等級決定；高壓直流母線4則通過具有AC/DC功率變換功能的固態(tài)變壓器獲得，其上除了接負(fù)載之外，還可以根據(jù)地理環(huán)境和用戶需要接入相應(yīng)的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)或其他分布式電源等，以減少系統(tǒng)從電網(wǎng)所需能量，甚至在電量充足的情況下，通過固態(tài)變壓器將剩余能量輸送至電網(wǎng)；低壓直流母線6則是通過若干直流電壓轉(zhuǎn)換模塊獲得，其能量正常情況下來源于高壓直流母線，但是在高壓交流電網(wǎng)或者高壓直流母線出現(xiàn)故障時(shí)，其能量則由UPS供給，較低的母線電壓和交流電網(wǎng)電壓，使得UPS系統(tǒng)可以使用電壓較低的單體并聯(lián)，提高UPS系統(tǒng)供電可靠性的同時(shí)，方便在線電池監(jiān)測與維護(hù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心所有的IT設(shè)備以及散熱風(fēng)扇均由低壓直流母線提供的較低直流電供給，便于就地模塊化供電的同時(shí)，可大大提高供電效率。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對具體實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，但不能因此而理解為對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。