CN210183018U - 数据中心的并网供电***及并网装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种数据中心的并网供电***及并网装置，其中的并网供电***至少包括第一发电机组和供电线路，供电线路的输入端连接外部供电来源，供电线路的输出端连接数据中心的负载设备，第一发电机组通过并网装置与供电线路的输入端连接，并网装置用于对第一发电机组输出的交流电进行整流、逆变和变压处理，以使输出的交流电符合同期条件。由此第一发电机组能够为外部供电来源提供补充和支撑，在外部供电来源受到限制或者因数据中心的负载功率上升导致超出外部供电来源的最大容量时，能够补充负载设备所需功率的差额，提高供电***的可靠性，避免因供电不足或者触发外部供电来源的线路保护而导致数据中心发生停电，负载设备停止工作等情况。

Description

数据中心的并网供电***及并网装置

技术领域

本申请涉及电力领域，尤其涉及一种数据中心的并网供电***及并网装置。

背景技术

数据中心用于容纳大量的IT设备，例如服务器、数据存储装置和网络设备等，这些设备的正常运行需要消耗大量的电能。当数据中心所在的区域的外部电力来源供应紧张或者需要紧急调度时，外部供电来源的供电功率会受到限制无法达到设计容量，这时数据中心中大量的IT设备会因缺少电力而被迫停止，造成业务中断，带来较大损失。此外，在遇到超出设计范围的特殊极端天气时，例如温度低于设计值的极端酷暑天气，数据中心中制冷设备的制冷功率会有较大上升，此时可能会导致数据中心的功率需求超过外部供电来源能够提供的最大容量，由此触发线路保护，造成数据中心发生停电。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种数据中心的并网供电***及并网装置，用以解决外部供电来源无法达到需求满足负载需求时容易造成数据中心无法正常运行的问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种数据中心的并网供电***，该***包括第一发电机组和供电线路，所述供电线路的输入端连接外部供电来源，所述供电线路的输出端连接数据中心的负载设备，所述第一发电机组通过并网装置与供电线路的输入端连接，所述并网装置包括整流模块、逆变模块和变压模块，分别用于对第一发电机组输出的交流电进行整流、逆变和变压处理，以使输出的交流电符合同期条件。

此外，本申请的一些实施例还提供一种用于并网供电***的并网装置，其中，所述并网装置包括：

整流模块，与提供交流电的发电机组连接，用于对发电机组输出的交流电进行整流处理，输出直流电；

逆变模块，与所述整流模块的输出端连接，用于整理处理获得的直流电进行逆变处理，输出交流电；

变压模块，与所述逆变模块的输出端连接，用于逆变处理获得的交流电进行变压处理，向并网供电***的供电线路输出符合同期条件的交流电。

本申请实施例提供的一种并网供电***至少包括第一发电机组和供电线路，所述供电线路的输入端连接外部供电来源，所述供电线路的输出端连接数据中心的负载设备，所述第一发电机组通过并网装置与供电线路的输入端连接，所述并网装置包括整流模块、逆变模块和变压模块，分别用于对第一发电机组输出的交流电进行整流、逆变和变压处理，以使输出的交流电符合同期条件。由此第一发电机组能够为外部供电来源提供补充和支撑，在外部供电来源受到限制或者因数据中心的负载功率上升导致超出外部供电来源的最大容量时，能够补充负载设备所需功率的差额，提高供电***的可靠性，避免因供电不足或者触发外部供电来源的线路保护而导致数据中心发生停电，负载设备停止工作等情况。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的一种数据中心的并网供电***的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种数据中心的并网供电***的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种并网装置的结构示意图；

图4为本申请实施例中一种数据中心的供电***示意图；

图5为本申请实施例中一种数据中心的并网供电***示意图；

图6为本申请实施例中另一种数据中心的并网供电***示意图；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种数据中心的并网供电***，该***的结构如图1所示，包括第一发电机组100和供电线路400。其中，所述第一发电机组为用于提供并网输入的发电机组，可以包括一台或者多台发电机，所述供电线路用于将电能由各类供电来源传输至数据中心的负载设备，使得数据中心的负载设备正常运行。在本实施例中，供电来源除前述的第一发电机组之外，还可以包括外部供电来源，如数据中心所处区域或者城市的电网等。

所述供电线路400的输入端分别与第一发电机组100、外部供电来源 300连接，供电线路400的输出端连接数据中心的负载设备600。其中，第一发电机组100是通过并网装置500与供电线路400的输入端连接，所述并网装置500至少包括了整流模块、逆变模块和变压模块，分别用于对第一发电机组输出的交流电进行整流、逆变和变压处理，使得以使输出的交流电的频率、相位和电压与外部供电电源所提供的交流电能够匹配，从而符合同期条件。

其中，所述整流模块与提供交流电的发电机组连接，即与所述第一发电机组100连接，用于对发电机组输出的交流电进行整流处理，输出直流电。逆变模块与所述整流模块的输出端连接，用于整理处理获得的直流电进行逆变处理，输出交流电。变压模块与所述逆变模块的输出端连接，用于逆变处理获得的交流电进行变压处理，向并网供电***的供电线路400 输出符合同期条件的交流电。例如，当所述外部供电来源为电网时，并网装置通过对第一发电机产生的交流电进行处理，使其输出电压的频率、相位和电压与电网能够处于一定范围的偏差之内，确保能够符合同期条件。

由此，第一发电机组能够为外部供电来源提供补充和支撑，在外部供电来源受到限制或者因数据中心的负载功率上升导致超出外部供电来源的最大容量时，能够补充负载设备所需功率的差额，提高供电***的可靠性，避免因供电不足或者触发外部供电来源的线路保护而导致数据中心发生停电，负载设备停止工作等情况。

在本申请的一些实施例中，数据中心的并网供电***还可以包括第二发电机组。此时，该并网供电***的结构如图2所示，该第二发电机组200 不通过并网装置与供电线路400的输入端连接，会与外部供电来源300存在并网同期的问题，因此第二发电机组200不能与外部供电来源300同时作为电能的输入来源，实际使用时可以在外部供电来源切断之后，作为其备用电源与第一发电机组一起通过供电线路400对数据中心的负载设备 600进行供电。

在实际场景中，所述第二发电机组200通过第二断路器与所述供电线路的输入端连接，所述外部供电来源300通过第三断路器与所述供电线路的输入端连接，所述第二断路器或第三断路器用于在另一断路器断开时闭合，以控制所述第二发电机组或外部供电来源向所述供电线路输入电能。即，第二断路器和第三断路器不会同时闭合，以避免由于第二发电机组200 和外部供电来源300的输出电压不符合同期条件，造成无法正常供电，因此，第二断路器仅可以在第三断路器断开后闭合，而第三断路器也仅会在第二断路器断开后闭合，以保证第二发电机组200和外部供电来源300中仅有一个与第一发电机组一起通过供电线路400对数据中心的负载设备 600进行供电。

在本申请的另一实施例中，所述并网装置还包括第一断路器，由此所述并网装置的结构如图3所示，包括了整流模块510、逆变模块520、变压模块530以及第一断路器Q1。其中，所述整流模块510和逆变模块520 可以解耦控制，例如分别采用一组整流电路和逆变电路，两者之间不存在关联关系，或者也可以一体化实现。所述变压模块530可以采用隔离变压器，具体的变压参数可以根据两侧的电压水平进行选择，以适应变压模块两侧的电压要求。所述第一断路器用于控制第一发电机组和供电线路之间的通断，当第一断路器断开时，第一发电机组与供电线路的输入端之间断开，反之，当第一断路器闭合时，第一发电机组与供电线路的输入端之间连通，由此实现并网运行。

在本申请实施例中，所述第一断路器用于在符合第一切换条件时断开，以及在符合第二切换条件时闭合，其中，所述第一切换条件包括所述第二断路器和所述第三断路器均断开，所述第二切换条件包括所述第二断路器或所述第三断路器闭合。由此，实现了第一断路器与第二断路器、第三断路器之间的互锁设计，即并网供电***在外部供电来源和第二发电机组之间进行切换时，第一发电机组需要断开第一断路器中断并网状态，并在切换完成之后，再闭合第一断路器重新进入并网状态。在整个运行过程中，第一发电机组不会在没有其他供电来源(包括外部供电来源或者第二发电机组)时独立供电，其用于在于为其他供电来源提供补充。

图4为一种数据中心的供电***示意图，其外部供电来源为电网，通过第三断路器Q3与供电线路400的输入端连接，柴油发电机组G₁～G_n作为电网的备用电源，通过第二断路器Q2与供电线路400的输入端连接。所述供电线路可以包括所述供电线路包括中压母线410和低压母线420，所述中压母线410和低压母线420之间通过变压器T₁～T_n实现电压变换。其中，中压母线和低压母线分别是指电压位于指定区间内容的供电线路，例如本实施例中的中压母线的电压为35KV，低压母线的电压为1KV，柴油发电机组G₁～G_n通过第二断路器Q2接入中压母线。数据中心的负载设备可以包括各类服务器、网络连接设备、配电设备、环境调节设备等，图中仅以高压直流输电(HVDC，high-voltage direct current)机柜、列头柜(HC)等表示。

在该方案中，柴油发电机组G₁～G_n即为前述的第二发电机组，由于其通过中压母线向供电线路输入电能时，存在并网同期问题，仅能在电网的供电停止之后，才能够切换至柴油发电机组G₁～G_n进行供电。因此，在电网的供电功率受到限制时，柴油发电机组G₁～G_n仅能够作为备用电源切换，而无法在电网供电的基础上提供应急功率的补充，因此会导致数据中心的负载设备供电中断，造成损失，例如部分业务服务器断电，从而导致业务中断。

此外，由于数据中心在从电网等外部供电来源获得供电时，会存在供电的最大容量，当超过该最大容量时，会触发电网的线路保护，从而导致电网的供电被切断。因此，在遇到超出设计范围的特殊极端天气时，例如温度低于设计值的极端酷暑天气，数据中心中的制冷设备的制冷功率会有较大上升，此时可能会导致数据中心的功率需求超过外部供电来源能够提供的最大容量。在图3方案中，由于柴油发电机组G₁～G_n仅能够作为备用电源切换，而无法提供功率的补充与电网一起为数据中心的负载设备供电，对于此种负载功率超过电网最大容量的情况无法提供有效的保障。

在实际场景中，一般会设置几台柴油发电机作为备用电源的柴油发电机组G₁～G_n的后备发电机，使得柴油发机电组G₁～G_n中部分发电机发生故障时能够进行替代。例如，还可以设置两台柴油发电机G_n+1和G_n+2作为柴油发电机组G₁～G_n的后备发电机，而这些后备发电机只有在供电***的供电来源从电网切换至柴油发电机组G₁～G_n，并且柴油发电机组中有发电机故障时，才会被使用到，因此其利用率极低。

相较于图4所示的供电***方案，图5示出的一种数据中心的并网供电***中，增加了柴油发电机组G，该柴油发电机组G即为前述的第一发电机组，通过并网装置500与供电线路的中压母线410连接，其中并网装置中的第一断路器Q1用于控制柴油发电机组G与供电线路中压母线410 之间的通断。由于并网装置能够对柴油发电机组G产生的交流电进行处理，使其输出电压的频率、相位和电压与电网或者柴油发电机组G₁～G_n能匹配，符合同期条件，因此柴油发电机组G可以直接并网运行，在电网的供电功率受到限制时，其产生的电能可以直接作为电网的应急补充，使得数据中心的负载设备不会发生供电中断的情况，从而避免了业务中断的可能。此外，在遇到超出设计范围的特殊极端天气时，柴油发电机组G产生的电能可以被用于补充异常增长的负载功率，从而避免电网达到供电的最大容量而导致触发线路保护。

考虑到实际场景中，往往会存在利用率极低的后备发电机，例如前述的柴油发电机G_n+1和G_n+2等。此时，可以将该柴油发电机G_n+1和G_n+2作为用于并网的柴油发电机组G，由此使得利用率极低的后备发电机能够得到有效利用，并且同时能够补充外部供电电源的功率缺口。

图6示出了另一种数据中心的并网供电***，相较于图5的方案，该并网供电***中，柴油发电机组G是通过并网装置500与供电线路的低压母线420连接，由此并网运行的柴油发电机组G所对应的供电线路规模更小，可能仅对应数据中心某部分的负载设备，因此对于柴油发电机组G的规模、并网装置的同期调节能力的要求相对更低，更加易于工程实现。

在本申请的一些实施例中，所述并网装置的逆变模块，还用于在所述第一发电机组未启动时，并联接入所述供电线路，对所述供电线路进行功率因数调节或谐波补偿。例如，在日常运行时，可以不启动第一发电机组，并使得并网装置的逆变模块并联接入供电线路中单独运行，此时该逆变模块可以无源地对对所述供电线路进行功率因数调节或谐波补偿，实现谐波补偿、功率因数校正等功能，提高数据中心的电能质量。

此外，所述第一发电机组的中性点的地接方式采用高阻接地或不接地，由于中性点采用了高阻接地或不接地的方式，当发生故障时故障点不会产生较大的短路电流，因此允许并网供电***在一定时间内带故障运行，由此能够提高***运行的可靠性。

若外部供电电源为电网时，可根据电网的调度需要，在保证数据中心用电安全的情况下接受电网调度，第一发电机组为电网补充功率或参加调频，获取调峰调频补贴，增加数据中心并网供电***的效益。

综上所述，本申请实施例提供了方案中，并网供电***至少包括第一发电机组和供电线路，所述供电线路的输入端连接外部供电来源，所述供电线路的输出端连接数据中心的负载设备，所述第一发电机组通过并网装置与供电线路的输入端连接，所述并网装置包括整流模块、逆变模块和变压模块，分别用于对第一发电机组输出的交流电进行整流、逆变和变压处理，以使输出的交流电符合同期条件。由此第一发电机组能够为外部供电来源提供补充和支撑，在外部供电来源受到限制或者因数据中心的负载功率上升导致超出外部供电来源的最大容量时，能够补充负载设备所需功率的差额，提高供电***的可靠性，避免因供电不足或者触发外部供电来源的线路保护而导致数据中心发生停电，负载设备停止工作等情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

Claims (6)

1.一种数据中心的并网供电***，其中，该***包括第一发电机组和供电线路，所述供电线路的输入端连接外部供电来源，所述供电线路的输出端连接数据中心的负载设备，所述第一发电机组通过并网装置与供电线路的输入端连接，所述并网装置包括整流模块、逆变模块和变压模块，分别用于对第一发电机组输出的交流电进行整流、逆变和变压处理，以使输出的交流电符合同期条件；

所述并网装置的逆变模块还用于在所述第一发电机组未启动时，并联接入所述供电线路，对所述供电线路进行功率因数调节或谐波补偿。

2.根据权利要求1所述的***，其中，该***还包括第二发电机组，所述第二发电机组通过第二断路器与所述供电线路的输入端连接，所述外部供电来源通过第三断路器与所述供电线路的输入端连接，所述第二断路器或第三断路器用于在另一断路器断开时闭合，以控制所述第二发电机组或外部供电来源向所述供电线路输入电能。

3.根据权利要求2所述的***，其中，所述并网装置还包括第一断路器，所述第一发电机组通过第一断路器与所述供电线路的输入端连接，所述第一断路器用于在符合第一切换条件时断开，以及在符合第二切换条件时闭合，其中，所述第一切换条件包括所述第二断路器和所述第三断路器均断开，所述第二切换条件包括所述第二断路器或所述第三断路器闭合。

4.根据权利要求1所述的***，其中，所述供电线路包括中压母线和低压母线，所述中压母线和低压母线之间通过变压器实现电压变换，所述第一发电机组通过并网装置接入所述供电线路的中压母线或低压母线。

5.根据权利要求1所述的***，其中，所述第一发电机组的中性点高阻接地或不接地。

6.一种用于并网供电***的并网装置，其中，所述并网装置包括：

整流模块，与提供交流电的发电机组连接，用于对发电机组输出的交流电进行整流处理，输出直流电；

逆变模块，与所述整流模块的输出端连接，用于整理处理获得的直流电进行逆变处理，输出交流电，以及在所述发电机组未启动时，并联接入供电线路，对所述供电线路进行功率因数调节或谐波补偿；

变压模块，与所述逆变模块的输出端连接，用于逆变处理获得的交流电进行变压处理，向并网供电***的供电线路输出符合同期条件的交流电。

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