一种新型交直流混合的数据中心供电控制系统及控制方法与流程

1.本发明属于配电系统控制技术领域，具体涉及一种新型交直流混合的数据中心供电控制系统，还涉及此数据中心供电控制系统的控制方法。


背景技术：

2.传统的数据中心采用ups交流配电方案，电能从交流电源至服务器主板，经历了多个交直流变换环节，损耗大、效率低。自2015年起，hvdc配电模式开始逐渐推广，省去了ups电源后级逆变环节，提升了效率，在it行业得到了越来越广泛的应用。但上述方式仍存在多个变换环节，损耗仍然较大。且通信hvdc电源，无法配置旁路支路，可靠性降低。而it设备采用直流供电后，可逐步省去多级中间变换环节，提升效率，在如今大力推进新基建及5g建设的背景下，具有广阔的应用前景。
3.数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在internet网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息，属于一级负荷，应不间断供电。现今对数据中心供电方式多采用交流电源主供、配置ups应急电源作为紧急备用电源，此种方式中间变换环节较多，电能传输过程中功率损耗较大，在直流供电开始推广普及的背景之下，需提出一种新的供电控制系统以更好配合直流输电系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种新型交直流混合的数据中心供电控制系统，实现对数据中心交直流混合供电，直流供电侧增加可再生能源发电供电，具备较高的供电可靠性和效率。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案。
6.第一方面，本发明提供了一种新型交直流混合的数据中心供电控制系统，包括：dc电源、ac电源、可再生能源发电电源、直流供电母线、交流供电母线、dc/dc变换器模块、ac/dc变换器模块、蓄电池组、多类型交直流变换模块、状态监测系统；
7.dc电源与可再生能源电源并联接入直流供电母线，直流供电母线输出多个分支，每个分支经dc/dc变换器模块变换后接入母线；
8.ac电源直接接入交流供电母线，交流供电母线输出多个分支，每个分支经ac/dc变换器模块变换后接入母线；
9.母线处引出配电母线给数据中心供电；母线处还接入蓄电池组；
10.多类型交直流变换模块用于采集直流、交流供电母线每个分支的支路电流值，采用并联均流控制技术输出控制信号给每个dc/dc变换器模块、ac/dc变换器模块，使每条输入支路中的电压相等；
11.状态监测系统用于监测母线、配电母线各输出支路和蓄电池组输出口的运行状态。
12.可选地，所述dc电源为750v直流电源。
13.可选地，所述ac电源为380v交流电源。
14.可选地，所述可再生能源发电电源为450～850v直流电源。
15.第二方面，本发明还提供了上述数据中心供电控制系统的控制方法，采用三种工作模式为数据中心供电，三种工作模式包括：高效模式、均衡模式、可再生能源消纳模式；
16.所述高效模式为：交直流电源同时供电，其中dc电源作为主要供电电源，ac电源为辅；
17.所述均衡模式为：交直流电源同时供电，且两路电源无主次之分，直流交流均衡供电；
18.所述可再生能源消纳模式：交直流电源同时供电，其中直流电源为dc电源和可再生能源发电电源同时供电。
19.可选地，所述高效模式的控制过程为：
20.调节dc电源接入母线的出线口电压u
dc
大于ac电源接入母线的出线口电压u
ac
，以使直流源作为主供电源；
21.通过多类型交直流变换模块采用并联均流控制技术使dc电源每条输入支路中的电压大小相等。
22.可选地，所述均衡模式的控制过程为：
23.通过多类型交直流变换模块采用并联均流控制技术使dc电源的每条输入支路中的输入电压大小相等、ac电源的每条输入支路中的输入电压大小相等。
24.可选地，所述采用并联均流控制技术使dc电源的每条输入支路中的电压大小相等，包括：
25.采集各个dc/dc变换器模块输出电压u
dcn
，并计算平均值
26.计算u
dcn
与平均值之差，将此差值输入到pi调节器中，输出pwm信号给需调整的dc/dc变换器调节其所属分支输出电压，使其趋近于
27.可选地，所述采用并联均流控制技术使ac电源的每条输入支路中的电压大小相等，包括：
28.采集各个ac/dc变换器模块输出电压u
acn
，并计算平均值
29.计算u
acn
与平均值之差，将此差值输入到pi调节器中，输出pwm信号给需调整的ac/dc变换器调节其所属分支输出电压，使其趋近于
30.可选地，所述可再生能源消纳模式的控制过程为：
31.监测ac/dc变换器输出电流i
ac
的大小，当监测到i
ac
<临界值时，对光伏电源输出的功率设定限值，使得其能够稳定输出。
32.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明适用于数据中心、中心控制室等一级负荷的交直流混合供配电系统，或者其他需不间断供电的重要核心区域或装置的直流或交直流混合供配电系统，其优点如下：
33.1)本发明所提出的数据中心供电控制系统的高效模式，采用dc主供ac备供的方式，省去了传统ac主供电、配置ups电源环节中设置的多级ac/dc、dc/dc变换环节，可显著提
高配电效率；
34.2)本发明所提出的数据中心供电控制系统的均衡模式，采用dc、ac双电源供电的方式，可有效提升直流配电的供电可靠性；
35.3)本发明所提出的数据中心供电控制系统的可再生能源消纳模式，在直流电源侧引入可再生能源发电，实现对新能源的高效全额消纳，增加配电系统的运行经济性；
36.4)本发明所提出的数据中心供电控制系统采用双电源供电，可实现dc、ac电源的灵活切换，在一方电源失电的情形下，另一方电源能独立向数据中心供电，有效提升了系统的供电可靠性。
附图说明
37.图1是本发明实施例中新型交直流混合的数据中心供电控制系统拓扑结构示意图；
38.图2是传统供电控制方式拓扑结构；a)ups供电方案；b)hvdc供电方案；其中pfc指功率因数校正；
39.图3是本发明实施例中新型交直流混合的数据中心供电控制系统高效模式和均衡模式下系统拓扑示意图；
40.图4是本发明实施例中新型交直流混合的数据中心供电控制系统可再生能源消纳模式下系统拓扑示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
42.现有技术中数据中心的供电系统包括ups供电方案和hvdc供电方案，如图2中a)和b)所示，ups供电方案中是交流电源经过ac/dc变换器模块、dc/dc变换器模块转换为直流，然后经过不控整流、pfc模块后经dc/dc变换器模块给数据中心供电，hvdc供电方案是交流电源经ac/dc变换器模块转换为直流，然后经过不控整流、pfc模块后经dc/dc变换器模块给数据中心供电。可知现有技术中，数据中心都是采用交流电源作为供电电源，两种供电方式中间变换环节较多，电能传输过程中功率损耗较大。
43.因此，本发明提供了一种新型交直流混合的数据中心供电控制系统，应用于需要不间断供电的一级负荷交直流混合供配电系统，下面结合附图1
‑
4，对本发明提供的新型交直流混合的数据中心供电控制系统做详细说明。
44.图1是本发明实施例中新型交直流混合的数据中心供电控制系统拓扑结构示意图，其拓扑结构包括：dc电源(750v)、ac电源(380v)、可再生能源发电电源(dc 450～850v)、直流供电母线、交流供电母线、dc/dc变换器模块、ac/dc变换器模块、蓄电池组、多类型交直流变换模块、状态监测系统；
45.dc电源(750v)与可再生能源电源(dc 450～850v)作为数据中心的直流配电电源，并联接入直流供电母线，ac电源(380v)引自交流电网作为系统的交流电源和备用电源，接入交流供电母线；
46.直流供电母线输出多个分支，每个分支经dc/dc变换器模块变换后接入母线，向母
线供电，交流供电母线输出多个分支，每个分支经ac/dc变换器模块变换后接入母线，向母线供电，
47.直流、交流供电母线每个分支的输出侧配置电流传感器，将采集到的电流信息传输至多类型交直流变换模块，监测母线侧各输入支路电流值。多类型交直流变换模块采用并联均流控制技术，输出控制信号给每个dc/dc变换器模块、ac/dc变换器模块，使每条输入支路中的电压近似相等。
48.从母线处引出配电母线，给数据中心供电；蓄电池组接入母线，用作系统的备用电源，并发挥储能作用；
49.状态监测系统采集母线、配电母线各输出支路、蓄电池组输出口的运行信息，例如电压值信息。电源主控制系统由状态监测系统和多类型交直流变换模块组成，主要作用是监测供电是否正常，并输出控制信号使数据中心配电母线电压稳定，保障供电可靠性和供电质量。
50.从以上电路结构可知，本发明中供电系统由dc 750v和ac 380v两路电源同时向配电母线供电，既有直流供电也有交流供电，减少了中间的不控整流、ac/dc电源变换等中间级联环节，提高了配电效率，又能在当前直流输电系统尚未大规模建设应用的情形下引入传统的交流源，确保数据中心供电的可靠性。并且在dc 750v侧增加了可再生能源发电电源，可就地接入分布式可再生能源发电电源如屋顶光伏发电，使得这一控制方式具备了可再生能源消纳能力。本供电控制系统配套多类型交直流变换模块并联均流控制系统，通过监测ac/dc变换模块输出值，实现稳定控制电压；通过监测dc/dc变换模块输出值，稳定输出功率。
51.所述新型交直流混合的数据中心供电控制系统的控制方法，采用三种工作模式为数据中心供电，三种工作模式包括：高效模式、均衡模式、可再生能源消纳模式；
52.高效模式是由dc 750v作为主要供电电源，ac 380v电源为辅，交直流电源同时供电。为了保证负荷消耗的电能主要由直流源供给，即系统的功率流向是由直流源流向数据中心，如附图3所示，设定dc 750v直流源出线口电压u
dc
>ac 380v交流源出线口电压u
ac
，由于采用直流源作为主供电源，使得电能变换过程中电能损耗明显减小，有效提升了配电系统运行效率。另外，通过多类型交直流变换模块采用并联均流控制技术使dc电源每条输入支路中的电压大小近似相等，采集各个dc/dc模块输出电压u
dcn
，并计算平均值判断u
dcn
与平均值之差大小，将此差值输入到pi调节器中，输出pwm信号给需调整的ac/dc和dc/dc变换器调节其所属分支输出电压，修正不平衡的u
dcn
值，使其趋近于
53.均衡模式是由交直流两路电源同时供电，且两路电源无主次之分，直流交流均衡供电。仍通过多类型交直流变换模块采用并联均流控制技术使每条输入支路中的输入电压大小近似相等，采集各个dc/dc和ac/dc模块输出电压u
dcn
和u
acn
，并计算平均值通过pi调节使得每条输入支路上的电压近似相等。
54.所述采用并联均流控制技术使ac电源的每条输入支路中的电压大小相等，包括：
55.采集各个ac/dc变换器模块输出电压u
acn
，并计算平均值
56.计算u
acn
与平均值之差，将此差值输入到pi调节器中，输出pwm信号给需调整的ac/dc变换器调节其所属分支输出电压，使其趋近于
57.可再生能源消纳模式是高效模式的基础上，如附图4所示，在dc 750v供电源侧增加可再生能源发电电源，例如屋顶光伏电源，光伏电源为dc 450～850v。为了抑制光伏发电的周期性和随机性，需对光伏电源输出的功率设定限值，使得其能够稳定输出。为此需实时监测光伏电源输出功率大小，而这一环节是通过监测ac/dc变换器输出电流i
ac
的大小实现的，当监测到i
ac
<临界值时，即说明交流源输出功率减小，光伏发电输出功率过大，需对其进行限制功率操作，通过更改dc/dc变换器有关参数进行调整。
58.本发明的供电系统，基于传统的hvdc配电模式的基础上，省去多级中间变换环节，提升效率，在如今大力推进新基建及5g建设的背景下，具有广阔的应用前景。
59.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
60.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
61.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
62.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。