多端口数据中心供电系统及供电方法技术方案

本发明专利技术公开的多端口数据中心供电系统，包括连接中压配电网的电力电子变压器，电力电子变压器输出端连接低压直流母线，低压直流母线通过多个低压直流端口连接多个分布式能源，低压直流母线还连接多个DCDC变换器，每个DCDC变换器连接IT负载、蓄电池。在本发明专利技术供电方法中，分布式能源输出电压传输至低压直流母线，有充电需求时，蓄电池或IT负载的直流电压、电感电流给定，采集低压直流母线电压，经电压比较后，通过电压控制环生成DCDC变换器的电感电流指令，采集DCDC变换器的电感电流，经电流比较后，通过电流控制环生成输入蓄电池或IT负载的控制信号。解决了供电系统中分布式能源接入困难、运行效率低、投资成本高的问题。投资成本高的问题。投资成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
多端口数据中心供电系统及供电方法


[0001]本专利技术属于数据中心供电电源
，具体涉及多端口数据中心供电系统，还涉及多端口数据中心供电方法。

技术介绍

[0002]供电系统的高效化、绿色化以及紧凑化是数据中心发展的重要方向。为此，数据中心供电架构不断优化，从基于交流的UPS供电系统，到基于直流的HVDC系统，再到基于移向变压器的巴拿马系统，但是以上架构均基于传统的工频变压器。工频变压器的以电网的50/60Hz为变换频率，磁性元件受制于较低的工作频率，整体体积、效率等难以提升。为此，基于高频变换的电力电子变压器逐渐成为了学术界和工业界的研发方向。申请号为202210717998.1，名称为一种数据中心供电系统及方法的专利技术专利中，首先提出在数据中心场景应用的电力电子变压器，并指出有望提升电网接入的电能质量以及整体变换效率，但是该专利并未对电力电子变压器在数据中心的整体架构提出明确解决方案；申请号为202120627001.4，名称为一种数据中心的交直流供电结构的专利中提出采用传统变压器和电力电子变压器联合供电的系统架构，并通过配置柴发接口满足不间断供电需求，但是未涉及分布式能源的接入方式，难以支撑数据中心绿色化转型；申请号为202010125643.4，名称为一种供电装置、供电系统及数据中心中提出了电力电子变压器在数据中心场景应用的拓扑结构，通过级联的方式实现中压直接并网，但是仅仅局限于数据中心自身的拓扑结构及控制方式，申请号为202111532000.2，名称为交直流混联多端口电能路由器及其控制方法中提出了多端口电力电子变压器在数据中心供电场景的应用，但是对于分布式能源的接入还需要提供额外的变换装置，导致供电效率较低。以上现有技术中更多聚焦在数据中心场景电力电子变压器的应用方案、接线方案以及拓扑结构，接口形式多为双端口，且未能充分发挥分布式能源对于数据中心进行供电，同时并未有公开文献论述多端口装置的控制方式以实现多种能量的高效利用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供多端口数据中心供电系统，解决了数据中心现有供电系统技术中分布式能源接入困难、运行效率低、投资成本高的问题。
[0004]本专利技术的另一目的是提供多端口数据中心供电方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，多端口数据中心供电系统，包括输入端连接中压配电网的电力电子变压器，电力电子变压器输出端连接低压直流母线，低压直流母线通过多个低压直流端口连接多个分布式能源，低压直流母线还连接多个DCDC变换器输入端，每个DCDC变换器输出端通过负荷端口连接IT负载、蓄电池。
[0006]本专利技术的特点还在于：电力电子变压器包括多个功率模块，多个功率模块的高压侧功串联后连接中压配电网，低压侧并联后汇集连接统一低压直流母线。
[0007]中压配电网为中压交流配电网或中压直流配电网。
[0008]电力电子变压器的高压侧通过三相系统级联中压交流配电网或串联中压直流配电网。
[0009]中压配电网为中压交流配电网时，每个功率模块采用两级式拓扑结构，第一级采用AC/DC变换器，第二级采用适用于高频隔离的拓扑结构，第一级中直流端口与第二级的直流端口相连接，中压配电网为中压直流配电网时，每个功率模块采用两级式拓扑结构，第一级采用DC/DC变换器，第二级采用适用于高频隔离的拓扑结构，第一级中直流端口与第二级的直流端口相连接。
[0010]低压直流母线电压为可变范围，范围包括500V~1500V。
[0011]低压直流端口数不少于1。
[0012]低压直流端口包含分布式能源接入所需的采样装置、保护装置以及线缆系统，采样装置包括电压及电流采样，保护装置包括断路器、熔丝以及防雷系统，线缆系统包含一次线缆以及二次线缆。
[0013]本专利技术所采用的另一技术方案是，多端口数据中心供电方法，使用多端口数据中心供电系统，具体按照以下步骤实施：分布式能源输出电压经低压直流端口传输至低压直流母线，当蓄电池或IT负载有充电需求时，蓄电池或IT负载的直流电压、电感电流给定，采集低压直流母线电压，将直流电压给定与低压直流母线电压比较后，通过电压控制环生成DCDC变换器的电感电流指令，采集DCDC变换器的输出电感电流，将该电感电流与电感电流给定比较后，通过电流控制环生成输入蓄电池或IT负载的控制信号。
[0014]还包括电流传输至电力电子变压器输入端后，通过最大功率点跟踪算法以及电力电子变压器输入端电压、输出端电流确定中压配电网的控制信号具体过程为：低压直流母线中电流传输至电力电子变压器输入端后，经最大功率点跟踪算法得到电力电子变压器输入端电压给定，采集电力电子变压器输入端电压，与电力电子变压器输入端电压给定比较后通过电压控制环生成网测电流给定，采集电力电子变压器输出端电流，与网测电流给定比较后通过电流控制环生成输入中压配电网的控制信号。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术多端口数据中心供电系统，在电力电子变压器的基础上，实现了中压直接接入，同时构建了多个端口，分别实现了分布式能源吸收以及数据中心负荷的供电，通过相应的控制架构，实现了分布式能源的最大出力同时保证了数据中心负荷处蓄电池及负载的管理。本专利技术能够提升数据中心的供电效率，促进分布式能源的消纳，降低数据中心供电系统的成本投资，优化数据中心整体能耗（PUE）水平。
附图说明
[0016]图1是多端口数据中心供电系统结构示意图；图2是本专利技术中中压配电网、电力电子变压器、分布式能源工作原理图；图3是本专利技术中低压直流母线、DCDC变换器、蓄电池、IT负载负荷工作原理图；图4是电力电子变压器实现方式（以中压交流接入为例）示意图；图5是DCDC变换器的实现方式示意图；
图6是本专利技术中DCDC变换器的控制策略示意图；图7是本专利技术中电力电子变压器的控制策略示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0018]实施例1本专利技术多端口数据中心供电系统，如图1所示，包括输入端连接中压配电网的电力电子变压器，其中，中压配电网为中压交流配电网或中压直流配电网；电力电子变压器输出端连接低压直流母线，低压直流母线通过多个低压直流端口连接多个分布式能源，低压直流母线还连接多个DCDC变换器输入端，每个DCDC变换器输出端通过负荷端口连接IT负载、蓄电池。
[0019]本实施例中，采用基于电力电子变压器的中压并网方案，实现10kV中压配电网的接入。具体而言：电力电子变压器通过高频隔离变换替代传统工频隔离方式，在高频隔离方案上通过开关器件实现几百赫兹至几百千赫兹的变换，其中开关器件可选择硅基的MOSFET、IGBT，也可以采用基于碳化硅材料的MOSFET、IGBT。
[0020]电力电子变压器包括多个功率模块，多个功率模块的高压侧功串联后连接中压配电网，低压侧并联后汇集连接统一低压直流母线。基于模块化技术电力电子变压器可适配中压交流配电网以及中压直流配电网，低压直流端口连接分布式能源，可实现如光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多端口数据中心供电系统，其特征在于，包括输入端连接中压配电网的电力电子变压器，所述电力电子变压器输出端连接低压直流母线，所述低压直流母线通过多个低压直流端口连接多个分布式能源，所述低压直流母线还连接多个DCDC变换器输入端，每个所述DCDC变换器输出端通过负荷端口连接IT负载、蓄电池。2.根据权利要求1所述多端口数据中心供电系统，其特征在于，所述电力电子变压器包括多个功率模块，多个所述功率模块的高压侧功串联后连接中压配电网，低压侧并联后汇集连接统一低压直流母线。3.根据权利要求2所述多端口数据中心供电系统，其特征在于，所述中压配电网为中压交流配电网或中压直流配电网。4.根据权利要求3所述多端口数据中心供电系统，其特征在于，所述电力电子变压器的高压侧通过三相系统级联中压交流配电网或串联中压直流配电网。5.根据权利要求3所述多端口数据中心供电系统，其特征在于，所述中压配电网为中压交流配电网时，每个所述功率模块采用两级式拓扑结构，第一级采用AC/DC变换器，第二级采用适用于高频隔离的拓扑结构，第一级中直流端口与第二级的直流端口相连接，所述中压配电网为中压直流配电网时，每个所述功率模块采用两级式拓扑结构，第一级采用DC/DC变换器，第二级采用适用于高频隔离的拓扑结构，第一级中直流端口与第二级的直流端口相连接。6.根据权利要求3所述多端口数据中心供电系统，其特征在于，所述低压直流母线电压为可变范围，范围包括500V~1500V。7.根据权利要求1所述多端口数据中心供电系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹家振，马鑫，刘超，邓小刚，李兴兴，
申请(专利权)人：西安为光能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：