交直流混合的数据中心供电系统及数据中心机房

摘要

本发明针对现有数据中心供电系统中冗余配置量过多导致配置成本高的技术问题，提出了一种交直流混合的数据中心供电系统及数据中心机房，通过将多台不间断电源的直流母线并联，并组成与不间断电源对应数量的双电源服务器负载的供电回路分组，使双电源服务器负载的输入供电为一个供电模块的不间断电源交流输出以及另外一个供电模块的直流变换器输出组成交流+直流混合供电，以此在降低配电成本的同时，提升了供电系统的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及供电技术领域，具体涉及数据中心的供电技术，更具体地，涉及一种交直流混合的数据中心供电系统及数据中心机房。

背景技术

数据中心是支撑关键数字服务的基础设施。为了保证数据中心供电系统的高可靠运营，UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)系统往往采用2N的UPS配置，这样可以在一路UPS故障或检修的情况下，负载仍然有另外一路独立的UPS供电作为保护。近些年互联网公司开始用一路市电直供和一路高压直流供电，对比2N的UPS配置，使用市电直供能够提高系统能效，同时能够节省成本。但是如图1或公告日为2016.04.20，公开号为：CN103023131B的中国发明专利：一种数据中心直流供电系统，其通过一路高压直流和一路交流市电对负载设备进行供电，但是这种方案存在以下缺点：

1)使用2N变压器和母联分段设计，相关配电成本高；例如，对于1500kW的负载，该方案将需要配置两台1600kVA的变压器；

2)高压直流在故障/维护期间，靠电池直挂输出母线放电，而市电直供侧的回路在高压直流恢复正常工作状态期间，需要依赖市电可靠性，但市电可靠性不如UPS输出；

3)市电交流输出虽然提升了效率，但市电可靠性不高。

发明内容

针对现有技术的局限，本发明提出一种数据中心供电系统及数据中心机房，本发明采用的技术方案是：

一种数据中心供电系统，包括若干个供电模块以及双电源服务器；所述供电模块与双电源服务器构成供电回路；其中：

所述供电模块包括变压器、低压配电柜、不间断电源、电池以及直流变换器；所述变压器的输入端用于接入市电，输出端连接所述低压配电柜的输入端；所述低压配电柜的输出端连接所述不间断电源的输入端；所述不间断电源的直流输出端以及所述电池的输出端通过直流母线连接所述直流变换器的输入端；各供电模块的直流母线通过故障维护开关以手拉手接线方式并联；

所述双电源服务器的直流输入端连接一个供电模块的直流变换器的输出端，交流输入端连接另一个供电模块的不间断电源的交流输出端。

相较于现有技术，本发明通过将多台不间断电源的直流母线并联，并组成与不间断电源对应数量的双电源服务器负载的供电回路分组，使双电源服务器负载的输入供电为一个供电模块的不间断电源交流输出以及另外一个供电模块的直流变换器输出组成交流+直流混合供电，以此在降低配电成本的同时，提升了供电系统的可靠性。

作为一种优选方案，各供电模块的不间断电源的容量和不小于N+1/N，N＝负载容量。

作为一种优选方案，各供电模块的直流变换器的容量和不小于N，N＝负载容量。

作为一种可选的方案，在市电输入正常时，所述不间断电源的工作模式采用经济运行模式或者双变换工作模式。

作为一种优选方案，在市电输入异常时，所述不间断电源的工作模式采用逆变器电池放电模式。

作为一种优选方案，所述双电源服务器与所述供电模块数量相等。

作为一种优选方案，当其中一个供电模块的直流变换器故障失效时：该故障失效的直流变换器所连接的双电源服务器从交流输入端获得足额的输入供电。

作为一种优选方案，当其中一个供电模块的不间断电源故障失效时：该故障失效的不间断电源所在供电模块的直流变换器通过所述直流母线从其它供电模块获得输入供电；该故障失效的不间断电源所连接的双电源服务器从直流输入端获得足额的输入供电。

作为一种优选方案，当其中一个供电模块的直流母线故障失效时：该段故障失效的直流母线两侧的故障维护开关断开，该段故障失效的直流母线所在供电模块的不间断电源所连接的双电源服务器从直流输入端获得足额的输入供电，该段故障失效的直流母线所在供电模块的直流变换器所连接的双电源服务器从交流输入端获得足额的输入供电。

本发明还提供以下内容：

一种数据中心机房，包括供电系统，所述供电系统为前述的交直流混合的数据中心供电系统。

附图说明

图1为现有技术中的一路市电一路高压直流供电系统在1500kW负载的电气拓扑示意图；

图2为本发明实施例1提供的交直流混合的数据中心供电系统电气拓扑示意图；

图3为本发明实施例1提供的交直流混合的数据中心供电系统在1500kW负载正常运行情况下的电流流向示意图；

图4为本发明实施例1提供的交直流混合的数据中心供电系统在1500kW负载直流变换器故障情况下的电流流向示意图；

图5为本发明实施例1提供的交直流混合的数据中心供电系统在1500kW负载不间断电源故障情况下的电流流向示意图；

图6为本发明实施例1提供的交直流混合的数据中心供电系统在1500kW负载直流母线故障情况下的电流流向示意图；

图7为本发明实施例2提供的交直流混合的数据中心供电系统电气拓扑示意图；

图8为本发明实施例2提供的交直流混合的数据中心供电系统在2400kW负载正常运行情况下的电流流向示意图；

图9为本发明实施例2提供的交直流混合的数据中心供电系统在2400kW负载不间断电源故障情况下的电流流向示意图；

附图标记说明：1、供电模块；11、包括变压器；12、低压配电柜；13、不间断电源；14、电池；15、直流变换器；2、双电源服务器；3、故障维护开关。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

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。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。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

请参考图2，一种交直流混合的数据中心供电系统，包括若干个供电模块1以及双电源服务器2；所述供电模块1与双电源服务器2构成供电回路；其中：

所述供电模块1包括变压器11、低压配电柜12、不间断电源13、电池14以及直流变换器15；所述变压器的输入端用于接入市电，输出端连接所述低压配电柜12的输入端；所述低压配电柜12的输出端连接所述不间断电源13的输入端；所述不间断电源13的直流输出端以及所述电池14的输出端通过直流母线连接所述直流变换器15的输入端；各供电模块1的直流母线通过故障维护开关3以手拉手接线方式并联；

所述双电源服务器2的直流输入端连接一个供电模块1的直流变换器15的输出端，交流输入端连接另一个供电模块1的不间断电源13的交流输出端。

相较于现有技术，本发明通过将多台不间断电源的直流母线并联，并组成与不间断电源对应数量的双电源服务器负载的供电回路分组，使双电源服务器负载的输入供电为一个供电模块的不间断电源交流输出以及另外一个供电模块的直流变换器输出组成交流+直流混合供电，以此在降低配电成本的同时，提升了供电系统的可靠性。

具体的，所述双电源服务器2表示具备电源选择功能的负载端。

手拉手接线，指设备之间通过一根母线连接，母线是指多个设备以并列分支的形式接在其上的一条共用的通路，因此也可以说成是总线制，即在此种系统布线架构中，上一个设备仅与下一个设备相连，可以形象地看成是手拉着手。

所述故障维护开关3平时闭合，可以在其中一个供电模块1的直流母线故障失效时断开。

所述不间断电源13由整流器、逆变器以及静态旁路组成；在所述供电模块1中，所述低压配电柜12的输出端可以通过一条外部维修旁路直接连接负载端，以备在维护人员对所述不间断电源13进行维修时保持供电。

作为一种优选实施例，各供电模块1的不间断电源13的容量和不小于N+1/N，N＝负载容量。

作为一种优选实施例，各供电模块1的直流变换器15的容量和不小于N，N＝负载容量。

作为一种可选实施例，在市电输入正常时，所述不间断电源13的工作模式采用经济运行模式或者双变换工作模式。

经济运行模式即ECO模式，在这种模式下可以达到类似市电直供的高效率模式；而在双变换工作模式下，供电系统将更加可靠，但效率比市电直供低。

作为一种优选实施例，在市电输入异常时，所述不间断电源13的工作模式采用逆变器电池放电模式。

作为一种优选实施例，所述双电源服务器2与所述供电模块1数量相等。

作为一种优选实施例，当其中一个供电模块1的直流变换器15故障失效时：该故障失效的直流变换器15所连接的双电源服务器2从交流输入端获得足额的输入供电。

作为一种优选实施例，当其中一个供电模块1的不间断电源13故障失效时：该故障失效的不间断电源13所在供电模块1的直流变换器15通过所述直流母线从其它供电模块1获得输入供电；该故障失效的不间断电源13所连接的双电源服务器2从直流输入端获得足额的输入供电

作为一种优选实施例，当其中一个供电模块1的直流母线故障失效时：该段故障失效的直流母线两侧的故障维护开关3断开，该段故障失效的直流母线所在供电模块1的不间断电源13所连接的双电源服务器2从直流输入端获得足额的输入供电，该段故障失效的直流母线所在供电模块1的直流变换器15所连接的双电源服务器2从交流输入端获得足额的输入供电。

同样以背景技术中的1500kW负载容量的情况为例，在按照本实施例提供的数据中心供电系统进行设备配置时，如图3所示，该数据中心供电系统包括3个供电模块1以及3个双电源服务器2，各双电源服务器2分别承担500kW负载容量；在这种实施例中，将只需要配置3台800kVA的变压器，且不间断电源13按照N+1容量配置，即每个不间断电源13分别配置750kVA的容量，各供电模块1的不间断电源13的容量和为2250kVA，各供电模块1的直流变换器15的容量和为1500kW；所述直流母线可选用600V规格，所述直流变换器15可选用600V DC转240V DC的直流变换器。因此，相比现有技术，在按照本实施例提供的数据中心供电系统进行设备配置时，将节省不少配置成本。

下面将结合各种故障情况对本实施例提供的数据中心供电系统可靠性进行说明，请参阅图3，在正常运行情况下，各不间断电源13的交流输出端以及各直流变换器15的输出端分别输出250kW的供电。

请参阅图4，当其中一个供电模块1的直流变换器15故障失效后，该故障的直流变换器15所连接的双电源服务器2由另一输入端的其它供电模块1的不间断电源13输出500kW进行供电。

请参阅图5，当其中一个供电模块1的不间断电源13故障失效后，该故障的不间断电源13所连接的双电源服务器2由另一输入端的其它供电模块1的直流变换器15输出500kW进行供电，同时不间断电源13故障失效的该供电模块1中的直流变换器15的输入端从所述直流母线获得250kW的输入。

请参阅图6，当所述直流母线故障失效导致其中一个供电模块1故障，则断开该段直流母线两侧的所述故障维护开关3，由剩余的两个供电模块1继续保障负载端的供电。

实施例2

请参阅图7以及图8，实施例2为发明实施例在2400kW负载的配置情况，该数据中心供电系统包括4个供电模块1以及4个双电源服务器2，各供电模块1的不间断电源13的容量为800kVA，各不间断电源13的容量和为3200kVA，各供电模块1的直流变换器15的容量为600kW，各直流变换器15的容量和为2400kW。

下面将结合故障情况对本实施例提供的数据中心供电系统可靠性进行说明，请参阅图8，在正常运行情况下，各不间断电源13的交流输出端以及各直流变换器15的输出端分别向各输出300kW的供电。

请参阅图9，当其中一个供电模块1的不间断电源13故障失效后，该故障的不间断电源13所连接的双电源服务器2由另一输入端的其它供电模块1的直流变换器15输出600kW进行供电，同时不间断电源13故障失效的该供电模块1中的直流变换器15的输入端从所述直流母线获得300kW的输入。

本实施例其它故障情况说明与实施例1中的示例相近，此处不再赘述。

实施例3

一种数据中心机房，包括供电系统，所述供电系统为实施例1或实施例2所述的交直流混合的数据中心供电系统。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。