CN111817334A - 直流供配电控制方法、***及直流微数据中心 - Google Patents

直流供配电控制方法、***及直流微数据中心 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流供配电控制方法、***及直流微数据中心，该直流供配电控制方法包括：控制在线式发电单元及直流电网端通过母线输出侧给负载提供直流电；监测所述母线输出侧的实时电压及实时电流；判断所述实时电压是否小于预设保护电压；若是，则控制所述母线输出侧输出预设保护电流；若否，则控制所述母线输出侧输出预设保护电压。本发明减少了传统交流供配电中的UPS配置，降低了能耗。提高了供配电***运行稳定性和直流微数据中心的运行安全性。

Description

直流供配电控制方法、***及直流微数据中心
技术领域
本发明涉及数据中心领域，特别是涉及一种直流供配电控制方法、***及应用该方法及/或***的直流微数据中心。
背景技术
在数据中心应用领域，通常有服务器、交换机、路由器、防火墙等IT设备。这些设备属于高精度设备需要稳定的电压输入，因此通常配置UPS以保障输出稳定电压，以及配置应急电源以防止电网断电等异常。常规的设计做法是交流供配电，即交流输入、交流输出、用电负载为交流。近些年来逐渐出现交流输入、直流输出、用电负载为直流的设计，但依然存在有交流转直流的设计，依然存在交流转直流的能耗损失。
现实情况中，数据中心能耗巨大，对政府对企业造成沉重负担。国家已严控数据中心建设，并指导加快绿色数据中心建设，降低能耗，提升资源利用。
因此，如何设计一种能够节省直流微数据中心能耗的供配电技术方案是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决上述相关技术中直流微数据中心能耗过大的技术问题，提出一种直流供配电控制方法、***及应用该方法及/或***的直流微数据中心。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种直流供配电控制方法，包括：控制在线式发电单元及直流电网端通过母线输出侧给负载提供直流电；监测所述母线输出侧的实时电压及实时电流；判断所述实时电压是否小于预设保护电压；若是，则控制所述母线输出侧输出预设保护电流；若否，则控制所述母线输出侧输出预设保护电压。
在一实施方式中，还包括：控制在线式储能单元与所述母线输出侧互换电能。
在一实施方式中，所述控制在线式储能单元与所述母线输出侧互换电能包括：所述实时电压大于等于均充电压时，所述在线式储能单元进行均充；或所述实时电压小于所述均充电压且大于等于浮充电压时，所述在线式储能单元进行浮充；或所述实时电压小于所述浮充电压时，所述在线式储能单元进行放电。
在一实施方式中，还包括：当所述实时电压大于过高保护电压或所述在线式储能单元的储能量达到第一预定值时，停止充电；当所述实时电压小于欠压保护电压或所述在线式储能单元的储能量低于第二预定值时，停止放电。
在一实施方式中，所述预设保护电压为所述过高保护电压，所述预设保护电流根据负载的额定功率、运行系数及所述浮充电压设定。
本还发明提供一种直流供配电控制***，包括：直流电网端，其通过DC/DC转换器电连接于母线输出侧；在线式发电单元，其电连接于所述母线输出侧；管理单元，分别电连接于所述直流电网输入端、在线式发电单元，并控制所述直流电网输入端、在线式发电单元协调输出直流电至所述母线输出侧以满足负载。
在一实施方式中，还包括在线式储能单元，其电连接于所述母线输出侧；所述在线式储能单元用于与所述母线输出侧互换电能。
在一实施方式中，所述还包括交流电网端，其通过AC/DC转换器电连接于母线输出侧。
在一实施方式中，所述在线式发电单元包括光伏发电单元及/或风力发电单元，所述光伏发电单元直接电连接于或通过DC/DC转换器电连接于母线输出侧，所述风力发电单元直接电连接于或通过AC/DC转换器电连接于母线输出侧。
本发明提供一种直流微数据中心，其由上述直流供配电控制方法提供电能。
本发明提供一种直流微数据中心，其由上述直流供配电控制***提供电能。
与现有技术比较，本发明具有以下优点。
通过直流电网输入端及在线式发电单元提供直流电给母线，减少了传统交流供配电中的UPS配置，降低了能耗。通过设置在线式储能单元，在直流电网输入端及在线式发电单元供电不充足时，提供应急电能，保障了供配电的稳定性，提高了直流微数据中心的运行安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中直流供配电控制方法的流程示意框图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
请参阅图1，本发明提出了一种直流供配电控制方法。该方法可以应用于直流微数据中心，直流微数据中心通常有服务器、交换机、路由器、防火墙等IT设备，这些设备属于高精度设备，因此需要稳定的电压电流。该方法包括：控制在线式发电单元及直流电网端通过母线输出侧给负载提供直流电；监测母线输出侧的实时电压及实时电流；判断实时电压是否小于预设保护电压；若是，则控制母线输出侧输出预设保护电流；若否，则控制母线输出侧输出预设保护电压。本发明通过直流电网输入端及在线式发电单元提供直流电给母线，减少了传统交流供配电中的UPS配置，降低了能耗。
具体地，控制在线式发电单元通过母线输出侧给负载提供直流电具体包括控制在线式光伏发电单元和/或在线式风力发电单元分别电连接于母线输出侧，通过母线输出侧给负载提供直流电。在一实施例中，控制在线式发电单元及直流电网端通过母线输出侧给负载提供直流电具体包括：首先控制在线式发电单元通过母线输出侧给负载提供直流电，监控此时母线输出侧的实时电压及/或实时电流，若能满足负载需求，则不作进一步的控制，若不能满足负载需求，则进一步的控制直流电网端通过母线输出侧给负载提供直流电。
在优选的实施例中，直流供配电控制方法还包括控制在线式储能单元与母线输出侧互换电能。
需要说明的是，在线式储能单元设有以下电压值：过高保护电压、均充电压、浮充电压、欠压保护电压。其中，过高保护电压>均充电压>浮充电压>欠压保护电压。例如，某在线式储能单元的过高保护电压为58V、均充电压为56.8V、浮充电压为53.4V、欠压保护电压为46V。在此实施例中，预设保护电压为过高保护电压。预设保护电流根据负载的额定功率、运行系数及浮充电压设定，表达为数学关系式即：预设保护电流=所有负载的总额定功率*运行系数k/浮充电压。式中，所有负载指：在线式储能单元放电给母线输出侧时，所有负载中不包括在线式储能单元。母线输出侧给在线式储能单元充电时，所有负载包括在线式储能单元。总额定功率*运行系数k即为运行功率，运行系数k一般为30％—40％。
具体的，控制在线式储能单元与母线输出侧互换电能包括：监控实时电压并比较实时电压与过高保护电压、均充电压、浮充电压、欠压保护电压的大小。在实时电压大于等于均充电压时，在线式储能单元进行均充；或在实时电压小于均充电压且大于等于浮充电压时，在线式储能单元进行浮充；或在实时电压小于浮充电压时，在线式储能单元进行放电。其中：当在线式储能单元处于充电状态，且当监控到实时电压大于过高保护电压或在线式储能单元的储能量达到第一预定值时，停止充电。当在线式储能单元处于放电状态，且当监控到实时电压小于欠压保护电压或在线式储能单元的储能量低于第二预定值时，停止放电。当实时电压小于过高保护电压时，母线输出侧输出预设保护电流。当实时电压大于等于过高保护电压时，则控制母线输出侧输出过高保护电压。
在一可选实施例中，直流电网端的输入电压为400V，直流电网端通过DC/DC转换器将400V转换为48V输入到母线输出侧。在线式光伏发电单元直接发出48V电压输入到母线输出侧或者通过DC/DC转换器将其他电压值转换为48V输入到母线输出侧。在线式风力发电单元通过AC/DC转换器将交流电转换为48V的直流电输入到母线输出侧。第一预定值可以为100%，第二预定值可以为20%。在其他实施例中，相关电气参数根据具体需要设定。
本发明进一步的通过设置在线式储能单元取代常规UPS，在直流电网输入端及在线式发电单元供电不充足时，提供应急电能，保障了供配电的稳定性，保障了母线输出侧及直流负载侧的安全运行。使得用电更高效、更安全、更节能、更小型化。
本发明还提供一种直流供配电控制***，包括：直流电网端，其通过DC/DC转换器电连接于母线输出侧；在线式发电单元，其电连接于母线输出侧；管理单元，分别电连接于直流电网输入端、在线式发电单元，并控制直流电网输入端、在线式发电单元协调输出直流电至母线输出侧以满足负载。
具体地，直流电网端通过DC/DC转换器连接于母线上。在线式发电单元包括光伏发电单元及/或风力发电单元，光伏发电单元直接电连接于或通过DC/DC转换器电连接于母线输出侧，风力发电单元直接电连接于或通过AC/DC转换器电连接于母线输出侧。
在进一步的实施例中，还包括在线式储能单元，其电连接于母线输出侧；在线式储能单元用于与母线输出侧互换电能。在直流电网端、交流电网端及在线式发电单元通过母线输出侧给负载提供直流电不足时，在线式储能单元放电通过母线输出侧给负载提供直流电。在直流电网端、交流电网端及在线式发电单元通过母线输出侧给负载提供直流电充足时，母线输出侧给在线式储能单元充电。
在一可选实施例中，该直流供配电控制***还包括交流电网端，其通过AC/DC转换器电连接于母线输出侧。
本发明还提供一种直流微数据中心，其由上述直流供配电控制方法提供电能。
本发明还提供一种直流微数据中心，其由上述直流供配电控制***提供电能。
与现有技术比较，本发明具有以下优点。
通过直流电网输入端及在线式发电单元提供直流电给母线，减少了传统交流供配电中的UPS配置，降低了能耗。通过设置在线式储能单元，在直流电网输入端及在线式发电单元供电不充足时，提供应急电能，保障了供配电的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种直流供配电控制方法，其特征是，包括：
控制在线式发电单元及直流电网端通过母线输出侧给负载提供直流电；
监测所述母线输出侧的实时电压及实时电流；
判断所述实时电压是否小于预设保护电压；若是，则控制所述母线输出侧输出预设保护电流；若否，则控制所述母线输出侧输出预设保护电压。
2.如权利要求1所述的直流供配电控制方法，其特征是，还包括：控制在线式储能单元与所述母线输出侧互换电能。
3.如权利要求2所述的直流供配电控制方法，其特征是，所述控制在线式储能单元与所述母线输出侧互换电能包括：
所述实时电压大于等于均充电压时，所述在线式储能单元进行均充；或
所述实时电压小于所述均充电压且大于等于浮充电压时，所述在线式储能单元进行浮充；或
所述实时电压小于所述浮充电压时，所述在线式储能单元进行放电。
4.如权利要求3所述的直流供配电控制方法，其特征是，还包括：当所述实时电压大于过高保护电压或所述在线式储能单元的储能量达到第一预定值时，停止充电；
当所述实时电压小于欠压保护电压或所述在线式储能单元的储能量低于第二预定值时，停止放电。
5.如权利要求4所述的直流供配电控制方法，其特征是，所述预设保护电压为所述过高保护电压，所述预设保护电流根据负载的额定功率、运行系数及所述浮充电压设定。
6.一种直流供配电控制***，其特征是，包括：
直流电网端，其通过DC/DC转换器电连接于母线输出侧；
在线式发电单元，其电连接于所述母线输出侧；
管理单元，分别电连接于所述直流电网输入端、在线式发电单元，并控制所述直流电网输入端、在线式发电单元协调输出直流电至所述母线输出侧以满足负载。
7.如权利要求6所述的直流供配电控制***，其特征是，还包括在线式储能单元，其电连接于所述母线输出侧；所述在线式储能单元用于与所述母线输出侧互换电能。
8.如权利要求7所述的直流供配电控制***，其特征是，所述还包括交流电网端，其通过AC/DC转换器电连接于母线输出侧。
9.如权利要求8所述的直流供配电控制***，其特征是，所述在线式发电单元包括光伏发电单元及/或风力发电单元，所述光伏发电单元直接电连接于或通过DC/DC转换器电连接于所述母线输出侧，所述风力发电单元直接电连接于或通过AC/DC转换器电连接于所述母线输出侧。
10.一种直流微数据中心，其特征是，其采用权利要求1-5任一项所述直流供配电控制方法提供电能。
11.一种直流微数据中心，其特征是，其采用权利要求6-9任一项所述直流供配电控制***提供电能。
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