[發明專利]數據中心柔性供電系統及控制方法

在審

• 申請號: 202111091703.6
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113765112A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 冷旭東;金林;羅平東;劉之堯
• 申請（專利權）人: 深圳市泰昂能源科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/02
• 分類號: H02J3/02;H02J3/06;H02J3/32;H02J3/46;H02J9/06
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 李妮

本發明公開了一種數據中心柔性供電系統，包括：能量路由器，所述能量路由器由雙向AC/DC電子固態變壓器、第一單向DC/DC變換模塊和雙向DC/DC變換模塊組成，所述雙向AC/DC電子固態變壓器的一端與第一電網接口連接，另一端與DC匯流母線連接，所述第一單向DC/DC變換模塊的輸入端和所述雙向DC/DC變換模塊的一端與所述DC匯流母線連接；光伏陣列，所述光伏陣列與所述第一單向DC/DC變換模塊的輸出端連接；儲能電池陣列，所述儲能電池陣列與所述雙向DC/DC變換模塊的另一端連接；第二單向DC/DC變換模塊，所述第二單向DC/DC變換模塊的輸入端與所述DC匯流母線連接，所述第二單向DC/DC變換模塊用于為服務器提供直流供電。以10kV能量路由器為核心的數據中心柔性供電系統，適合大規模接入光伏、儲能等分布式電源。

技術領域

本發明涉及數據中心供電系統技術領域，特別涉及一種數據中心柔性供電系統及控制方法。

背景技術

2020年9月22日，中國政府宣布采取更加有力的政策和措施，二氧化碳的碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取到2060年前實現“碳中和”。數據中心是耗能大戶，規?；瘧每稍偕茉词谴蟓h境必然要求。

PUE(PowerUsageEffectiveness，電源使用效率)：國際通用的數據中心電力使用效率的衡量指標，指數據中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示其綠色化程度越高。

據統計中國數據中心的電費占了數據中心運維總成本的60％～70％。從用電能耗角度來看，光伏是可再生能源，目前性價比較高。儲能則可平抑光伏的波動性，還可以充分發揮削峰填谷作用協助節省電費、降低能耗。光伏+儲能系統供電將會成為新型數據中心的綠色解決方案。

常規數據中心供電系統一般分為兩類：

第一類為UPS為核心的供電系統，如圖6。多個UPS輸出端并聯，需要考慮輸出電壓幅值、相位、頻率等同期并列條件，不利于多個UPS快速并聯。

第二類為高壓直流為核心的供電系統，如圖7。高壓直流供電系統相比UPS供電系統，減少了DC/AC電能轉換環節，AC/DC模塊能直接并聯使用。

近年市場上出現了所謂“巴拿馬電源”，實際上也是高壓直流供電系統的一種，如圖8。與常規高壓直流供電系統不同的是：1.巴拿馬電源采用多繞組的移相變壓器，實現低諧波畸變和高功率因數，從而去掉傳統UPS或HVDC 240V/336V系統中，功率模塊內部的功率因數校正環節。2.結合整流模塊單元，對傳統供電架構的配電層級進行優化整合，簡化了供電鏈路中的多級配電。

數據中心目前各種供電系統缺點：

數據中心UPS供電系統、常規高壓直流供電系統、巴拿馬高壓直流供電系統共同的缺點是：沒有大規模接入光伏、儲能的成熟技術方案；作為應急電源的蓄電池組長期處于浮充狀態，難以發現落后電池，應急電源可靠性需要大量運維工作彌補。

數據中心UPS供電系統、常規高壓直流供電系統接入光伏、儲能示意圖見圖9；巴拿馬高壓直流供電系統接入光伏、儲能示意圖見圖10。

問題1：目前的數據中心供電系統大規模接入光伏、儲能，方案存在缺陷。

1、不能實現光伏等可再生能源100％帶載。因10kV變壓器為不能雙向控制的電磁感應原理變壓器，反向送電將造成電網不可控制的沖擊。

2、當光伏等可再生能源輸出小于負載時，需要配置微網控制器進行光伏、儲能的調度，保證系統平衡穩定。由于光伏輸出存在不可預測性，調度不及時，則會造成電網供電功率大幅波動，影響電網供電安全性和供電質量。

問題2：長期處于浮充狀態的應急電源蓄電池組問題突出。

1、目前在線監測技術對于長期處于浮充狀態的鉛酸蓄電池組，很難準確發現落后電池，導致串聯的蓄電池組存在單體電池開路的風險。