数据中心供电系统及数据中心机房的制作方法

1.本发明涉及分布式冗余供电技术领域，具体涉及数据中心的分布式冗余供电技术，更具体地，涉及一种数据中心供电系统及数据中心机房。


背景技术：

2.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，同时尽可能节约供电设备的配置成本，现有技术中一般采用n+1的分布式冗余供电；n+1即指每组分布式供电都在额定量的基础上再增加一套供电模块；请参阅图1，一般n＝2，即每组分布式供电需要2套供电模块来满足，在此基础上再并联一套供电模块作为冗余配置；在正常运行时，每组分布式供电由3套供电模块平均分担负载电流；当其中1套供电模块出故障时，剩余2套供电模块依然能够保障该组供电的有效性。但是，这也决定了在n+1的分布式冗余ups供电系统中，数据中心的it负载容量越高，冗余配置的供电模块数量和相应的设备配置成本也不得不随之线性增加；例如，对于it负载容量为6000kva的数据中心而言，其若采用n+1的分布式冗余供电，则其供电系统将由4组分布式供电组成，每组分布式供电输出1500kva额定量，共计需要12套供电模块，其中就有4套供电模块分别作为各组分布式供电的冗余配置；每套供电模块配置1台发电机，那么最终这个数据中心内将配置12台发电机并预留相应的设备位置；因此现有技术仍有改进空间。
3.公开日为2018.05.29，公开号为：cn108089687a的中国发明专利：一种数据中心高效式供电系统，试图通过为所有服务器节点配备储能电路，且对每个服务器节点均采用并联供电方式给数据中心供电，来确保在发生断电情况时，可以保证数据中心服务器的供电系统连续运行，实现数据中心的不间断供电。但是该方案并不能解决前述的技术问题。


技术实现要素：

4.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：
5.一种数据中心供电系统，包括若干主用供电模块、第一公共备用供电模块以及第二公共备用供电模块；所述主用供电模块相互并联；
6.所述主用供电模块包括第一变压器、第一发电机、第一自动转换开关电器、第二自动转换开关电器、第三自动转换开关电器、第一不间断电源、第二不间断电源、第三不间断电源、第一双电源服务器、第二双电源服务器、第三双电源服务器；
7.所述第一变压器的输入端连接预设的市电主路，输出端连接所述第一自动转换开关电器的输入端；所述第一发电机的输出端连接所述第一自动转换开关电器的输入端；所述第一自动转换开关电器的输出端分别连接所述第二自动转换开关电器、第三自动转换开关电器以及第一不间断电源的输入端；所述第二自动转换开关电器的输出端连接所述第二不间断电源的输入端；所述第三自动转换开关电器的输出端连接所述第三不间断电源的输入端；
8.所述第一双电源服务器的一端与所述第一不间断电源的输出端以及所述第二双电源服务器的一端连接，所述第一双电源服务器的另一端与所述第二不间断电源的输出端以及所述第三双电源服务器的一端连接；所述第二双电源服务器的另一端与所述第三不间断电源的输出端以及所述第三双电源服务器的另一端连接；
9.所述第一公共备用供电模块包括第四自动转换开关电器以及第二发电机；所述第四自动转换开关电器的输入端分别连接所述第二发电机的输出端以及预设的第一市电备路、第二市电备路，输出端连接所述第二自动转换开关电器的输入端；
10.所述第二公共备用供电模块包括第五自动转换开关电器以及第三发电机；所述第五自动转换开关电器的输入端分别连接所述第三发电机的输出端以及预设的第一市电备路、第二市电备路，输出端连接所述第三自动转换开关电器的输入端。
11.相较于现有技术，本发明通过在分布式冗余供电的基础上，对供电模块的电气拓扑结构进行了优化，并采用双路公共备份市电作为后备来同时给各主用供电模块提供后备电源，在提供与现有“n+1”模式相同供电保障水平的同时，使得数据中心在实现更大it负载容量的时候，可以配置更少的供电模块备份，降低了数据中心分布式冗余供电的成本。
12.作为一种优选方案，所述第一自动转换开关电器、第二自动转换开关电器以及第三自动转换开关电器分别采用输入端二选一切换的自动转换开关电器。
13.作为一种优选方案，所述第四自动转换开关电器以及第五自动转换开关电器分别采用输入端三选一切换的自动转换开关电器。
14.作为一种可选的方案，所述第二发电机以及第三发电机分别采用低压发电机；所述第一公共备用供电模块的输出端与第二自动转换开关电器的输入端之间的线缆以及所述第二公共备用供电模块的输出端与所述第三自动转换开关电器的输入端之间的线缆采用低压大电流线缆。
15.作为一种优选方案，所述第二发电机以及第三发电机分别采用中压发电机；所述主用供电模块还包括第二变压器以及第三变压器，所述第一公共备用供电模块的输出端通过所述第二变压器连接第二自动转换开关电器的输入端，所述第二公共备用供电模块的输出端通过所述第三变压器连接所述第三自动转换开关电器的输入端。
16.进一步的，所述主用供电模块的工作模式包括低可用性模式，对于处在低可用性模式的所述主用供电模块，所述第二自动转换开关电器的输入端与所述第四自动转换开关电器的输出端之间的连接处于限制状态，所述第三自动转换开关电器的输入端与所述第五自动转换开关电器的输出端之间的连接处于限制状态。
17.进一步的，所述主用供电模块的工作模式包括中可用性模式，对于处在中可用性模式的所述主用供电模块，所述第四自动转换开关电器的输入端与所述第二发电机的输出端以及第二市电备路之间的连接处于限制状态，所述第五自动转换开关电器的输入端与所述第三发电机的输出端以及第二市电备路之间的连接处于限制状态。
18.进一步的，所述主用供电模块的工作模式包括高可用性模式，对于处在高可用性模式的所述主用供电模块，所述第四自动转换开关电器的输入端与所述第二发电机的输出端之间的连接处于限制状态，所述第五自动转换开关电器的输入端与所述第三发电机的输出端之间的连接处于限制状态。
19.进一步的，所述主用供电模块的工作模式包括完全可用性模式，对于处在完全可
用性模式的所述主用供电模块，所述第一自动转换开关电器、第二自动转换开关电器、第三自动转换开关电器、第四自动转换开关电器以及第五自动转换开关电器的输入端的连接均处于激活状态。
20.本发明还提供以下内容：
21.一种数据中心机房，包括供电系统，所述供电系统为前述的数据中心供电系统。
附图说明
22.图1为“n+1”模式单组的分布式冗余供电电气拓扑示意图；
23.图2为本发明实施例1提供的数据中心供电系统电气拓扑示意图；
24.图3为本发明实施例1主用供电模块的输出示例；
25.图4为本发明实施例1优选方案的数据中心供电系统电气拓扑示意图；
26.附图标记说明：1、主用供电模块；11、第一变压器；12、第一发电机；13、第一自动转换开关电器；14、第二自动转换开关电器；15、第三自动转换开关电器；16、第一不间断电源；17、第二不间断电源；18、第三不间断电源；19、第一双电源服务器；110、第二双电源服务器；111、第三双电源服务器；112、第二变压器；113、第三变压器；2、第一公共备用供电模块；21、第四自动转换开关电器；22、第二发电机；3、第二公共备用供电模块；31、第五自动转换开关电器；32、以及第三发电机。
具体实施方式
27.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
28.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，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，都属于本技术实施例保护的范围。
29.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术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。
30.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技术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、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本技术的描述中，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技术中的具体含义。
31.此外，在本技术的描述中，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。
32.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。
33.实施例1
34.请参考图2，一种数据中心供电系统，包括若干主用供电模块1、第一公共备用供电模块2以及第二公共备用供电模块3；所述主用供电模块1相互并联；
35.所述主用供电模块1包括第一变压器11、第一发电机12、第一自动转换开关电器13、第二自动转换开关电器14、第三自动转换开关电器15、第一不间断电源16、第二不间断电源17、第三不间断电源18、第一双电源服务器19、第二双电源服务器110、第三双电源服务器111；
36.所述第一变压器11的输入端连接预设的市电主路，输出端连接所述第一自动转换开关电器13的输入端；所述第一发电机12的输出端连接所述第一自动转换开关电器13的输入端；所述第一自动转换开关电器13的输出端分别连接所述第二自动转换开关电器14、第三自动转换开关电器15以及第一不间断电源16的输入端；所述第二自动转换开关电器14的输出端连接所述第二不间断电源17的输入端；所述第三自动转换开关电器15的输出端连接所述第三不间断电源18的输入端；
37.所述第一双电源服务器19的一端与所述第一不间断电源16的输出端以及所述第二双电源服务器110的一端连接，所述第一双电源服务器19的另一端与所述第二不间断电源17的输出端以及所述第三双电源服务器111的一端连接；所述第二双电源服务器110的另一端与所述第三不间断电源18的输出端以及所述第三双电源服务器111的另一端连接；
38.所述第一公共备用供电模块2包括第四自动转换开关电器21以及第二发电机22；所述第四自动转换开关电器21的输入端分别连接所述第二发电机22的输出端以及预设的第一市电备路、第二市电备路，输出端连接所述第二自动转换开关电器14的输入端；
39.所述第二公共备用供电模块3包括第五自动转换开关电器31以及第三发电机32；所述第五自动转换开关电器31的输入端分别连接所述第三发电机32的输出端以及预设的第一市电备路、第二市电备路，输出端连接所述第三自动转换开关电器15的输入端。
40.相较于现有技术，本发明通过在分布式冗余供电的基础上，对供电模块的电气拓扑结构进行了优化，并采用双路公共备份市电作为后备来同时给各主用供电模块提供后备电源，在提供与现有“n+1”模式相同供电保障水平的同时，使得数据中心在实现更大it负载容量的时候，可以配置更少的供电模块备份，降低了数据中心分布式冗余供电的成本。
41.具体的，所述第一双电源服务器19、第二双电源服务器110、第三双电源服务器111表示具备电源选择功能的负载端。
42.在所述主用供电模块1中，所述第一不间断电源16、第二不间断电源17以及第三不间断电源18的输出端均可以分别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第一不间断电源16、第二不间断电源17以及第三不间断电源18进行维修时保持供电。
43.同样以背景技术中的it负载容量为6000kva的数据中心为例，在使用本实施例提供的数据中心供电系统时，如图3所示，各主用供电模块1分别输出750kva的it负载，则需要提供8套主用供电模块外加2套公共备用供电模块，共计10套供电模块，即配置10台发电机即可，比“n+1”的方案节省了两套供电模块。可见，在数据中心在实现更大it负载容量的时候，本发明实施例可以配置更少的供电模块备份，降低了数据中心分布式冗余供电的成本。
44.另外，从负载层面来看，本发明实施例与现有“n+1”的方案都是分布式冗余的ups
方案，但本发明实施例是一台主用变压器下实现，非多台变压器；因此，在上述示例中，主用供电模块的变压器带载率很高，理想情况下90％以上，但现有技术中各台变压器带载率则只有约n/n+1，此处n为ups的容量。因此，本发明实施例提供的数据中心系统在使用效率上也远远超出了现有技术的方案。
45.作为一种优选实施例，所述第一自动转换开关电器13、第二自动转换开关电器14以及第三自动转换开关电器15分别采用输入端二选一切换的自动转换开关电器。
46.作为一种优选实施例，所述第四自动转换开关电器21以及第五自动转换开关电器31分别采用输入端三选一切换的自动转换开关电器。
47.作为一种可选实施例，所述第二发电机22以及第三发电机32分别采用低压发电机；所述第一公共备用供电模块2的输出端与第二自动转换开关电器14的输入端之间的线缆以及所述第二公共备用供电模块3的输出端与所述第三自动转换开关电器15的输入端之间的线缆采用低压大电流线缆。
48.具体的，由于所述第一公共备用供电模块2的输出端与第二自动转换开关电器14的输入端之间的线缆以及所述第二公共备用供电模块3的输出端与所述第三自动转换开关电器15的输入端之间的线缆较长，在这种采用低压大电流线缆的实施例下，成本会较高。
49.因此，作为一种优选实施例，请参阅图4，所述第二发电机22以及第三发电机32分别采用中压发电机；所述主用供电模块1还包括第二变压器112以及第三变压器113，所述第一公共备用供电模块2的输出端通过所述第二变压器112连接第二自动转换开关电器14的输入端，所述第二公共备用供电模块3的输出端通过所述第三变压器113连接所述第三自动转换开关电器15的输入端。
50.在这种优选实施例下，供电系统的配置成本可以进一步降低。
51.实施例2
52.实施例2为实施例1基础上的改进，主要涉及所述主用供电模块1的工作模式方面的延伸示例。
53.由于第一公共备用供电模块2以及第二公共备用供电模块3是为多个主用供电模块1提供后备电源，因此可以借助第一公共备用供电模块2以及第二公共备用供电模块3中的第四自动转换开关电器21以及第五自动转换开关电器31的设定，实现各主用供电模块1不同的工作模式在线变更。例如在租赁数据中心，一个主用供电模块的用户需要低可用性，但另外一个主用供电模块用户需要高可用性，通过调整第四自动转换开关电器21以及第五自动转换开关电器31与各主用供电模块的连接状态，能够在线改变主用供电模块1的工作模式，实现差异化的可用性运行，使第一公共备用供电模块2以及第二公共备用供电模块3能够为更多的主用供电模块1提供后备电源，由此进一步优化系统成本。
54.其中，所述主用供电模块1的工作模式包括低可用性模式，对于处在低可用性模式的所述主用供电模块1，所述第二自动转换开关电器14的输入端与所述第四自动转换开关电器21的输出端之间的连接处于限制状态，所述第三自动转换开关电器15的输入端与所述第五自动转换开关电器31的输出端之间的连接处于限制状态。
55.进一步的，所述主用供电模块1的工作模式还包括中可用性模式，对于处在中可用性模式的所述主用供电模块1，所述第四自动转换开关电器21的输入端与所述第二发电机22的输出端以及第二市电备路之间的连接处于限制状态，所述第五自动转换开关电器31的
输入端与所述第三发电机32的输出端以及第二市电备路之间的连接处于限制状态。
56.进一步的，所述主用供电模块1的工作模式还包括高可用性模式，对于处在高可用性模式时的所述主用供电模块1，所述第四自动转换开关电器21的输入端与所述第二发电机22的输出端之间的连接处于限制状态，所述第五自动转换开关电器31的输入端与所述第三发电机32的输出端之间的连接处于限制状态。
57.进一步的，所述主用供电模块1的工作模式还包括完全可用性模式，对于处在完全可用性模式的所述主用供电模块1，所述第一自动转换开关电器13、第二自动转换开关电器14、第三自动转换开关电器15、第四自动转换开关电器21以及第五自动转换开关电器31的输入端的连接均处于激活状态。
58.具体的，自动转换开关电器某个输入端的连接处于限制状态，意味着该自动转换开关电器不可选用该输入端的供电；自动转换开关电器某个输入端的连接处于激活状态，意味着该自动转换开关电器可以选用该输入端的供电。
59.对于处在低可用性模式的所述主用供电模块1，当其第一不间断电源16、第二不间断电源17、第三不间断电源18中的一台不间断电源发生故障时，其余不间断电源仍然能够承担负载容量需求；但若市电输入丢失，例如电网计划性停电维护，且此时第一发电机12也出现故障，则负载端在不间断电源的电池放电完毕后就只能停电，所以该工作模式适用于重要性靠后、对供电要求较低的负载端。
60.对于处在中可用性模式的所述主用供电模块1，当出现市电主路无法供电，且第一发电机12也故障，则第一不间断电源16无法供电。但第二不间断电源17以及第三不间断电源18仍然能够通过第二自动转换开关电器14以及第三自动转换开关电器15切换到第四自动转换开关电器21以及第五自动转换开关电器31，同时由第一市电备路提供电力，这样能够维持第二不间断电源17以及第三不间断电源18的供电，负载端不会中断。
61.对于处在高可用性模式时的所述主用供电模块1，相比中可用性模式，对负载端的保障能力更强。
62.对于处在完全可用性模式的所述主用供电模块1，这种工作模式能够应对本发明实施例的数据中心供电系统中可以处理的最极端故障情况。
63.实施例3
64.一种数据中心机房，包括供电系统，所述供电系统为实施例1或2所述的数据中心供电系统。
65.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。