专利名称：一种高效可靠的数据中心it设备供电架构的制作方法
技术领域：
本发明涉及供电电源领域，尤其涉及一种用于数据中心IT设备供电电源技术。
背景技术：
现有数据中心IT设备一般采用UPS系统供电，供电损耗大，可靠性低。IT设备一般采用交流220V供电，少量设备采用直流48VJ40V等供电，目前，数据中心内IT设备供电系统架构主要有以下四种(1)在线式UPS供电系统；该系统在现有数据中心内应用最广，它的核心设备是双变换在线式UPS电源，为了降低成本，UPS系统通常采用集中供电方式，其特点包括①系统结构UPS电源由整流器、逆变器、控制电路和旁路电路组成，蓄电池接在整流器与逆变器间的直流母线上。为了提高单机的可靠性，UPS通常组成N+1并联冗余方式。②运行方式正常时交流市电经整流及逆变后为负载供电，市电停电后由蓄电池经逆变器供电，逆变器故障后由市电经旁路供电。③优缺点该系统的优点是可以滤除市电的尖峰脉冲、过电压等问题，同时可以确保市电与电池供电的切换时间为零；由于UPS结构复杂，同时电源经过2次变换，因此它的缺点是可靠性低，损耗大(一般在8% -25%之间)。(2)在线式48V直流供电系统；在线式48V直流供电模式早已成熟应用在通信行业，由于数据设备用电量比传统通信设备大得多，因此在数据中心一般采用分散供电方式。该系统的特点包括①系统结构与UPS相比，它取消了逆变器，蓄电池直接挂在整流器输出端，为提高可靠性，整流模块通常采用并联方式；服务器采用48V直流输入电源。②运行方式正常时交流市电经直流电源整流后为负载提供直流电源，市电停电后由蓄电池供电。③优缺点它的优点是系统成熟可靠；其缺点是系统电压较低，传输距离有限，传输损耗较大。(3)在线式高压直流(如DC240V)供电系统；该系统目前还处在试验阶段，没有在数据中心大规模应用，其特点包括①系统结构供电电源结构同集中在线式高压直流供电设备；服务器采用传统交流220V输入电源，可以兼容电压在一定范围内的直流输入。②运行方式正常时交流市电经整流为负载提供直流电源，市电停电后由蓄电池
{共 O③优缺点它的优点是比UPS系统可靠性及效率都有提高；其缺点比后备式低压直流供电系统的损耗大，电源设备配置容量大。(4)后备式低压直流(DC48V或DC12V)供电系统。
该系统目前主要包括Google公司所用的供电方案和hcebook公司所用的供电方案，其中Google的供电方案采用DC 12V电压(简称“DC12V方案”)，！^cebook方案采用DC48V电压(简称"DC48V方案”)。该系统的特点包括①系统结构该系统将电源设备分散到数据机房，其中DC12V方案将12V电池配置到每台服务器，前端不再设置其他电源设备；DC48V方案中，每台服务器电源有两个输入，一是交流市电输入，二是直流48V输入，服务器前端设蓄电池机架，一个蓄电池机架(含充电整流器)为6个服务器机架做后备电源。 ②运行方式正常时交流市电直接进入IT设备电源，市电停电后，切换至12V或48V蓄电池供电。③优缺点它的优点系统运行效率高；其缺点是蓄电池组分散到机房，提高了机房环境要求。目前，大部分数据中心IT设备采用集中在线式UPS系统供电，市电经过整流、逆变两次变换，损失一般达到10% -15%，另外，受结构限制，UPS系统的供电可靠性较低，提高冗余(如2N)虽然能提高可靠性，但同时也增加了电源设备投资和损耗。近几年，一些公司在试用集中在线式高压直流供电，这种系统减少了逆变环节，可以减少损耗约5%，同时也大大提高了供电可靠性。还有一些公司采用分散后备式低压直流供电，其突出优点是大大提高了系统整体效率。这种系统将电源设备及电池均分散安装到数据机房，主要的问题是蓄电池和服务器对环境的要求不同，特别是铅酸蓄电池受环境的影响较大，在IT设备正在向高温化发展的背景下，铅酸电池与IT设备同机房安装又限制了这种发展趋势，因此这种方案比较适合对环境温度要求较低但是费用较高的锂电池。另外，这种方案也对IT设备电源有特使要求，不能采用通用电源。综上所述，数据中心服务器的现有供电架构中，UPS供电方案可靠性低、损耗大；48V直流供电方案传输距离短、传输损耗大；高压直流方案可靠性及损耗均适中；后备式低压直流供电方案在现有方案中效率最高，但是对机房环境的要求较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、可靠的数据中心IT设备供电系统。根据本发明的一个方面，提供了一种后备式高压直流电源，其中，所述后备式高压直流电源输入端接三相交流电，后备式高压直流电源的直流输出母线与蓄电池组连接；所述后备式高压直流电源包括交直流转换开关，用于实现三相交流电输出和蓄电池组高压直流电源输出的转换。根据本发明的另一个方面，还提供了一种数据中心IT设备供电系统，包括后备式高压直流电源、蓄电池组、输出配电柜、列头配电柜及机架配电单元，其中所述蓄电池组与后备式高压直流电源的直流输出母线连接；所述后备式高压直流电源输入端接三相交流电，输出端经输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供电源，所述后备式高压直流电源包括交直流转换开关，用于实现三相交流电输出和蓄电池组高压直流电源输出的转
与现有技术相比，本发明具有效率高、可靠性高、兼容性强和投资小的有益效果。本发明的优点在于本发明吸收了集中式和后备式电源的优点，蓄电池组集中布置在电池室，系统正常运行时由市电直接供电，效率高(没有UPS、高压直流灯电源设备的损耗)，IT设备电源无需特殊定制，另外，整流模块的配置只需满足蓄电池充电，因此电源设备的投资大大减少。
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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1示出了根据本发明一个方面的后备式高压直流电源；图2示出了根据本发明另一个方面的后备式高压直流电源；图3示出根据本发明一个方面的用于为IT设备供电系统示意图。
具体实施例方式下面结合附图1-图3对本发明作进一步详细描述。图1示出根据本发明一个方面的一种后备式高压直流电源1，其包括交直流转换开关2和蓄电池组3。具体地，后备式高压直流电源1输入端接三相交流电，后备式高压直流电源1的直流输出母线与蓄电池组3连接；交直流转换开关2交流输入端接三相交流输入，直流输入端与后备式高压直流电源1的直流输出母线以及蓄电池组3连接。交直流转换开关2用于实现三相交流电输出和蓄电池组3高压直流电源输出的转换。当三相交流电正常时，交直流转换开关的交流侧导通，后备式高压直流电源1输出交流电源；当三相交流电停止时，交直流转换开关在IOms内切换至直流侧，此时后备式高压直流电源1由蓄电池组3输出直流电源。在一个优选实施例中，后备式高压直流电源1还可以包括整流模块4。如图2所示，后备式高压直流电源1输入端接三相交流电，其直流输出母线与蓄电池组3连接。交直流转换开关2交流输入端与经静态旁路后的三相交流电直接相连，其直流输入可以多种方式实现，包括但不限于1)以蓄电池组3的形式输入，或；2)将三相交流电经整流模块4转化为直流的形式输入。整流模块4用于为所蓄电池组3充电；当交流电正常时，交直流转换开关2的交流侧导通，后备式高压直流电源1输出交流电源，交流电还通过整流模块4为蓄电池组3浮充电；交流电停电后，所述交直流转换开关2切换至直流侧，此时后备式高压直流电源1由蓄电池组3输出直流电源，交流电来电后，转换开关切换回交流电供电，同时通过整流模块4为蓄电池组3进行均衡充电，电池充满后转至浮充。在此“浮充电”指一种连续、长时间的恒电压充电方法，系统可以提供略高于蓄电池端电压的恒定电压，足以补偿蓄电池自放电损失并能够在蓄电池放电后较快地使蓄电池恢复
5到接近完全充电状态。“均衡充电”是指在蓄电池的使用过程中，因为蓄电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，从而提高蓄电池组的充电电压，对蓄电池进行活化充电。如图2所示，在另一个优选实施例中，后备式高压直流电源1还可以包括监控模块5，用于控制交直流转换开2以进行交直流输出切换控制，以及电池管理。在一个优选实施例中，交直流转换开关2可采用三极转换开关，交流A、B、C三相进入转换开关，直流负极母排均分成三段进入转换开关，交流N排与直流正极母排直接连接，不经过开关装置进入输出配电柜，交流N排还通过交流弓丨入N线在市电主配电柜处接地，同时也实现直流正极接地。图3示出根据本发明另一个方面的一种数据中心IT设备供电系统，其包括后备式高压直流电源1、输出配电柜6、列头柜7、机架配电单元8和蓄电池组3。其中，IT设备包括但不限于计算机、服务器、路由器等设备。具体地，后备式高压直流电源1的直流输出母线与蓄电池组3连接，后备式高压直流电源1输入端接三相交流电，输出端经输出配电柜6、列头柜7及机架配电单元8为IT设备提供交流电电源。如图3所示，后备式高压直流电源1包括交直流转换开关2，用于实现三相交流电输出和蓄电池组3高压直流电源输出的转换。其输入端分两路分别与三相交流电和蓄电池组3输出的高压直流电直接相连，输出端连接输出配电柜2的输入端；监控模块5，用于控制交直流转换开关2以进行交直流输出切换控制和电池管理；整流模块4，用于将高压交流电输入转换为高压直流电输出，其输出端与蓄电池组3的高压直流输出并联在一起；同时还用于为蓄电池组3充电；具体地，当交流电正常时，交直流转换开关2的交流侧导通，通过输出配电柜6、列头柜7及机架配电单元8为IT设备提供交流电电源，交流电还通过整流模块4为蓄电池组3浮充充电；交流电停电后，交直流转换开关2切换至直流侧，此时蓄电池组3通过输出配电柜6、列头柜7及机架配电单元8为IT设备提供交流电电源，交流电来电后，交直流转换开关2切换回交流电供电，同时通过整流模块4为蓄电池组3进行均衡充电，电池充满后转至浮充。在另一个优选实施例中，列头柜7内的进线可以采用三极隔离开关；输出为单相输出，可以采用微型断路器；机架配电单元8可以采用微型断路器，或者采用国标插座；交直流转换开关2可以采用三极转换开关，交流A、B、C三相进入转换开关，直流负极母排均分成三段进入转换开关，交流N排与直流正极母排直接连接，不经过开关装置进入输出配电柜，交流N排还通过交流引入N线在市电主配电柜处接地，同时也实现直流正极接地；从后备式高压直流电源1输出至列头柜7间的N线(同时也是正极线)截面应为3倍相线截面积。列头柜7采用单相输出，因此N线及火线(对应正极线及负极线)为常规等截面。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括” 一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
权利要求
1.一种后备式高压直流电源，其中，所述后备式高压直流电源输入端接三相交流电，后备式高压直流电源的直流输出母线与蓄电池组连接；所述后备式高压直流电源包括交直流转换开关，用于实现三相交流电输出和蓄电池组高压直流电源输出的转换。
2.如权利要求1所述的后备式高压直流电源，其中，还包括整流模块，用于为所述蓄电池组充电；当交流电正常时，交直流转换开关的交流侧导通，通过输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供交流电电源，交流电还通过整流模块为蓄电池组浮充充电；交流电停电后，所述交直流转换开关切换至直流侧，此时蓄电池组通过输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供直流电源，交流电来电后，所述转换开关切换回交流电供电，同时通过整流模块为蓄电池组进行均衡充电，电池充满后转至浮充。
3.如权利要求1或2所述的后备式高压直流电源，其中，所述后备式直流电源还包括监控模块，用于交直流输出切换控制及电池管理。
4.如权利要求1所述的后备式高压直流电源，其中，所述交直流转换开关采用三极转换开关，交流A、B、C三相进入转换开关，直流负极母排均分成三段进入转换开关，交流N排与直流正极母排直接连接，不经过开关装置进入输出配电柜。
5.一种数据中心IT设备供电系统，包括后备式高压直流电源、蓄电池组、输出配电柜、列头配电柜及机架配电单元，其中所述蓄电池组与后备式高压直流电源的直流输出母线连接；所述后备式高压直流电源输入端接三相交流电，输出端经输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供电源，所述后备式高压直流电源包括交直流转换开关，用于实现三相交流电输出和蓄电池组高压直流电源输出的转换。
6.如权利要求5所述的供电系统，其中，所述后备式高压直流电源还包括整流模块，用于为所述蓄电池组充电；当交流电正常时，交直流转换开关的交流侧导通，通过输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供交流电电源，交流电还通过整流模块为蓄电池组浮充充电；交流电停电后，所述交直流转换开关切换至直流侧，此时蓄电池组通过输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供直流电源，交流电来电后，所述转换开关切换回交流电供电，同时通过整流模块为蓄电池组进行均衡充电，电池充满后转至浮充。
7.如权利要求5或6所述的供电系统，其中，所述后备式直流电源还包括监控模块，用于交直流输出切换控制及电池管理。
8.如权利要求5所述的供电系统，其中，戶脑输出配电柜包括三极隔离开遍断器组或断路器。
9.如权利要求5所述的供电系统，其中，所述列头柜内的进线采用三极隔离开关；输出为单相输出，采用微型断路器。
10.如权利要求5所述的供电系统，其中，所述机架配电单元采用微型断路器，或者采用国标插座。
11.如权利要求5所述的供电系统，其中，所述交直流转换开关采用三极转换开关，交流A、B、C三相进入转换开关，直流负极母排均分成三段进入转换开关，交流N排与直流正极母排直接连接，不经过开关装置进入输出配电柜。
全文摘要
本发明的目的是提供一种用于数据中心IT设备的供电系统。所述系统包括后备式高压直流电源、蓄电池组、输出配电柜、列头配电柜及机架配电单元，其中，所述蓄电池组与后备式高压直流电源的直流输出母线连接；所述后备式高压直流电源输入端接三相交流电，输出端经输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供电源，所述后备式高压直流电源包括交直流转换开关，用于实现三相交流电输出和蓄电池组高压直流电源输出的转换。与现有技术相比，本发明具有效率高、可靠性高、兼容性强和投资小的优点。
文档编号H02J9/04GK102394510SQ20111029709
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者张炳华, 李孝众 申请人:百度在线网络技术(北京)有限公司