摘 要：針(zhēn)對(duì)現(xiàn)有(yǒu)數(shù)據中心站配電(diàn)效率(shuài)低(dī)，經濟性差等(děng)問題，結合(hé)儲能站(zhàn)，變電站的(dí)優勢，提出了(liǎo)基於儲(chǔ)能變流(liú)器(qì)（PCS）的多(duō)站融(róng)合(hé)直流吸引供(gōng)電係(xì)統方案(àn)，搭(dā)建一(yī)套統一(yī)，合理(lǐ)，高(gāo)效三(sān)站(zhàn)之間(jiān)信息統一管理一體化直流供電係(xì)統(tǒng)，通過多端口低壓直流電源係(xì)統電路拓撲(pū)及其控製技術研究，實(shí)現(xiàn)三站之間信(xìn)息統(tǒng)一(yī)管理，能量統(tǒng)一控(kòng)製功(gōng)能，根據(jù)與傳統高(gāo)壓直(zhí)流方案(àn)對比，本方案具(jù)有(yǒu)運(yùn)行可(kě)靠(kào)性高，建設(shè)成本低，能量轉換(huàn)效率(shuài)高(gāo)優(yōu)勢，給(gěi)多(duō)站融合建設(shè)提(tí)供(gōng)理(lǐ)論上的借鑒(jiàn)。

關鍵(jiàn)詞(cí)：PCS
；數據中心(xīn)站
；直流(liú)供(gōng)電係統
；多(duō)站融(róng)合

1引(yǐn)言

在(zài)傳統(tǒng)電網(wǎng)中(zhōng)，變(biàn)電站隻負責能(néng)量的(dí)單向輸送(sòng)，整個電網(wǎng)的電能由發電廠供應，調(tiáo)度(dù)中心(xīn)的調(tiáo)度控(kòng)製(zhì)相對簡(jiǎn)單。隨(suí)著分(fēn)布(bù)式電(diàn)網(wǎng)的建(jiàn)設(shè)與(yǔ)發展，變(biàn)電站(zhàn)的功(gōng)能(néng)還將(jiāng)包括(kuò)儲(chǔ)能，電力(lì)變(biàn)換，能量的(dí)傳輸(shū)也(yě)從單向變成了雙向(xiàng)，電力的(dí)調度就變(biàn)得(dé)非常(cháng)復雜(zá)，所需(xū)要(yào)采(cǎi)集(jí)的(dí)數(shù)據劇烈增(zēng)加(jiā)，因(yīn)此，在儲(chǔ)能(néng)站的基(jī)礎之上(shàng)進(jìn)行(háng)數(shù)據中(zhōng)心站的建(jiàn)設，除了(liǎo)要對(duì)變電(diàn)站(zhàn)和(hé)儲能站(zhàn)進(jìn)行各(gè)項(xiàng)數據采集(jí)，發送(sòng)外(wài)，還要根據(jù)電網的需要，實現(xiàn)在電力過(guò)剩(shèng)時(shí)向儲能(néng)裝置充電，當(dāng)電網電力(lì)不足(zú)時(shí)，由(yóu)儲能(néng)裝置向電網(wǎng)供電的功(gōng)能(néng)。本(běn)文(wén)基(jī)於(yú)數據中心(xīn)站(zhàn)高(gāo)壓直流供(gōng)電方案(àn)提(tí)出一種(zhǒng)數據中心，儲(chǔ)能(néng)，變電站多(duō)站(zhàn)融合(hé)方(fāng)案，在(zài)能耗，安(ān)全性，可(kě)靠性(xìng)，後期維護還有(yǒu)工作(zuò)效率(shuài)以(yǐ)及(jí)環保方(fāng)麵(miàn)具有很大優(yōu)勢。

2係統方案

2.1係統方(fāng)案設計

同裏(lǐ)綜(zōng)合能源(yuán)服務(wù)中心(xīn)采用PCS和電(diàn)力電子(zǐ)變(biàn)壓(yā)器(qì)構造低壓直流電網(wǎng)，但大容量(liáng)PCS和電(diàn)力電子(zǐ)變壓器(qì)所(suǒ)需占地麵積(jī)大，投(tóu)資高(gāo)，安裝困難，調(tiáo)試難度(dù)大，不(bù)適(shì)用於(yú)能(néng)源(yuán)站(zhàn)。儲能，數據中(zhōng)心和變電站(zhàn)共(gòng)站(zhàn)建(jiàn)設後，能夠融合三(sān)者(zhě)的個(gè)體(tǐ)優勢，符合(hé)綠(lǜ)色數(shù)據(jù)中(zhōng)心建(jiàn)設的發(fā)展方(fāng)向，可以為(wéi)泛在物聯(lián)網提供有力(lì)保(bǎo)障(zhàng)。三(sān)者(zhě)融合(hé)具備以下(xià)優(yōu)勢(shì)：

（1）儲能能夠為數據(jù)中心提(tí)供備用電(diàn)源(yuán)，減少(shǎo)數據中心UPS的配置容(róng)量，降低(dī)數據(jù)中(zhōng)心占地及建設成本。

（2）儲(chǔ)能PCS長時間處(chǔ)於低(dī)功率運(yùn)行狀態(tài)，若可(kě)復(fù)用(yòng)其構(gòu)造直(zhí)流配(pèi)電網(wǎng)，則能(néng)夠大幅提高站內設(shè)備利用率，進一步(bù)節約(yuē)資(zī)源。

基於(yú)上(shàng)述考慮(lǜ)，提出(chū)了利(lì)用儲(chǔ)能電站PCS的冗餘容(róng)量的直(zhí)流數據(jù)中(zhōng)心(xīn)供(gōng)電策(cè)略(lüè)。具體方(fāng)案如(rú)下：

圖1 多站(zhàn)融合(hé)直(zhí)流供(gōng)電方案(àn)係統圖

如(rú)圖所示，供(gōng)電方案(àn)為由(yóu)多組(zǔ)PCS和DC/DC組(zǔ)成的(dí)獨(dú)立低(dī)壓直流(liú)微(wēi)電網，具備(bèi)以下特點：

（1）各(gè)PCS大(dà)提(tí)供(gōng)120kW的直流負(fù)荷，占(zhān)PCS總容(róng)量的(dí)20%，各儲(chǔ)能集(jí)裝箱內2個PCS的直(zhí)流側(cè)分別(bié)接(jiē)入(rù)兩(liǎng)路(lù)750V直(zhí)流母綫，形成(chéng)雙電(diàn)源。

（2）PCS供(gōng)給的直流功率在儲(chǔ)能集裝箱附(fù)近由750V母(mǔ)綫(xiàn)匯(huì)集(jí)，通過一(yī)根(gēn)直流(liú)電纜輸(shū)送(sòng)至數據中心(xīn)樓內。方(fāng)案中組數(shù)N根據750V電(diàn)纜的載流能力確(què)定，N=載(zǎi)流能(néng)力/120kW。

（3）為防(fáng)止(zhǐ)PCS直流(liú)送出綫(xiàn)的(dí)功率(shuài)倒(dǎo)送(sòng)，各(gè)送(sòng)出綫配置(zhì)二(èr)極管作(zuò)為單(dān)向導通(tōng)。

（4）數(shù)據中(zhōng)心站(zhàn)每(měi)兩(liǎng)個(gè)120kW的DC/DC組(zǔ)成(chéng)一組供電電(diàn)源分別接至數據(jù)中心側的750V直流母綫(xiàn)上(shàng)，供給120kW的數據中心機櫃，當一(yī)路電源故障(zhàng)時，機(jī)櫃(guì)內(nèi)部可(kě)以(yǐ)自(zì)動切(qiē)換(huàn)至(zhì)另一路電(diàn)源，形成數據中(zhōng)心(xīn)雙電源(yuán)供(gōng)電模(mó)式。

（5）對於A類數據中心(xīn)負荷(hé)，還(huán)需要配(pèi)置(zhì)第三路電源，第(dì)三(sān)路(lù)電源可由附近(jìn)站引入10kV電(diàn)纜經過10MVA的(dí)10kV/400V變(biàn)壓器形成(chéng)400V交流(liú)母綫(xiàn)，由(yóu)其引出(chū)多條出綫接(jiē)入(rù)PCS的交流側。

（6）在(zài)該方(fāng)案(àn)中(zhōng)，每組DC/DC供電負荷形成(chéng)一個小型的220V局部直流微網(wǎng)，同(tóng)時(shí)多組儲(chǔ)能PCS供給(gěi)N組(zǔ)DC/DC直(zhí)流負(fù)荷，形成一個(gè)獨(dú)立(lì)的750V直(zhí)流微網(wǎng)。根據(jù)直(zhí)流負荷總(zǒng)容量(liáng)，可以構(gòu)建多個相互(hù)獨立的低壓直流微網。這種(zhǒng)各(gè)直流低(dī)電壓(yā)等級(jí)局部成網(wǎng)的(dí)拓(tuò)撲結構具有較(jiào)高(gāo)的供(gōng)電(diàn)可靠性(xìng)，是(shì)低(dī)壓(yā)直流(liú)配電網的發(fā)展(zhǎn)趨(qū)勢，具有很(hěn)好的工程示範意(yì)義。

2.2係(xì)統(tǒng)運(yùn)行(háng)方(fāng)式(shì)

PCS直(zhí)流(liú)供電(diàn)方案(àn)共有(yǒu)三(sān)種(zhǒng)運(yùn)行方式(shì)：

（1）蓄電池(chí)放(fàng)電方式，蓄(xù)電池(chí)的一部分(fēn)功率供(gōng)給(gěi)DC/DC直流(liú)負(fù)荷，另一部分經(jīng)由(yóu)PCS流入電(diàn)網(wǎng)。用(yòng)電高峰(fēng)時(shí)采(cǎi)用該(gāi)運行方(fāng)式(shì)。

（2）蓄(xù)電池(chí)充(chōng)電(diàn)方(fāng)式，功率由PCS分別(bié)供給蓄電池和DC/DC直流負(fù)荷。用(yòng)電低穀時(shí)采用該(gāi)運(yùn)行方式(shì)。

（3）蓄電池不充(chōng)不(bù)放(fàng)方(fāng)式(shì)，功(gōng)率由PCS供給DC/DC直流(liú)負荷(hé)。平時(shí)用電(diàn)采用(yòng)該(gāi)運(yùn)行(háng)方(fāng)式(shì)。

以上三種(zhǒng)運(yùn)行方(fāng)式下，DC/DC是(shì)穩定的(dí)直流負荷(hé)，其隻(zhī)需要高(gāo)壓(yā)側定功率，低壓側定電壓(yā)輸(shū)出即可，無(wú)需根據(jù)其他設(shè)備(bèi)的(dí)運(yùn)行(háng)狀態(tài)來(lái)改變策略
；PCS需(xū)要根(gēn)據DC/DC功率調(tiáo)節直(zhí)流(liú)側功率(shuài)參考值，從而(ér)定功率(shuài)輸出(chū)
；蓄(xù)電池可以采用定電(diàn)壓的(dí)控製策(cè)略(lüè)，根據(jù)PCS的功(gōng)率(shuài)情況進行充放電。三者采用上述控(kòng)製策(cè)略可以(yǐ)在不需(xū)要協調控製下(xià)達到自主功(gōng)率平衡狀態(tài)，符(fú)合直流配(pèi)電網(wǎng)的發展趨勢(shì)。

2.3可靠性分析(xī)

鑒於數據中(zhōng)心(xīn)的供電(diàn)可靠(kào)性要求(qiú)，本(běn)站(zhàn)需(xū)設(shè)置(zhì)第三(sān)路(lù)電源(yuán)作為(wéi)備(bèi)用，以(yǐ)防(fáng)止變(biàn)電站內兩(liǎng)路主供電源失電(diàn)後(hòu)可以及時切(qiē)換(huàn)。正(zhèng)常(cháng)工作情況(kuàng)下，兩(liǎng)路工(gōng)作電(diàn)源互為(wéi)冗餘且熱備用(yòng)。其中任(rèn)意(yì)一個元件的故(gù)障或檢修都不(bù)方(fāng)案(àn)數(shù)據中(zhōng)心(xīn)的(dí)正(zhèng)常供電(diàn)，僅需(xū)要(yào)正常的電源(yuán)切換就(jiù)可以保證數(shù)據中(zhōng)心的(dí)不掉(diào)電運行。在(zài)兩(liǎng)路主供(gōng)電(diàn)源消失的(dí)時(shí)候，服(fú)務器需要(yào)瞬(shùn)間(jiān)切(qiē)換(huàn)至(zhì)儲能(néng)電池(chí)供電(diàn)，在(zài)此(cǐ)期間第三(sān)路(lù)電源需(xū)要進(jìn)行(háng)切換操作，並在有限的(dí)時(shí)間內替代電池，防(fáng)止(zhǐ)儲能電池過(guò)放電(diàn)。本方案考慮(lǜ)利(lì)用(yòng)1路10kV專綫(xiàn)作(zuò)為本(běn)數據(jù)中心的第三路電(diàn)源(yuán)。

3與(yǔ)HVDC供電方(fāng)案對比(bǐ)

目前(qián)數(shù)據中心采用HVDC高壓(yā)直(zhí)流(liú)供(gōng)電方式(shì)，其拓撲結構(gòu)如圖(tú)2所示，首(shǒu)先10kV綫路經過(guò)變壓(yā)器降壓至AC380V形(xíng)成(chéng)交(jiāo)流母綫(xiàn)，然後(hòu)通過HVDC係(xì)統(tǒng)進(jìn)行(háng)整流變換。其中HVDC實際(jì)為AC/DC和DC/DC拓撲(pū)的級(jí)聯(lián)，即先由AC380V變(biàn)換(huàn)至(zhì)DC700V，然(rán)後(hòu)經(jīng)由(yóu)DC/DC變換至240V，拓撲結(jié)構(gòu)如(rú)圖3所示，除(chú)此(cǐ)之(zhī)外(wài)HVDC的(dí)DC240V還並(bìng)聯了蓄電(diàn)池作為(wéi)後備，而本(běn)文(wén)提出(chū)的基於儲能PCS直(zhí)流供電方式(shì)是通過儲(chǔ)能(néng)係統經DC/DC給IT負(fù)荷(hé)供電(diàn)。

圖2 HVDC供電方案(àn)

圖(tú)3（a） AC/DC變(biàn)換(huàn)

圖3（b） DC/DC變(biàn)換

直(zhí)流供電方案裏(lǐ)的(dí)儲(chǔ)能PCS和(hé)DC/DC電(diàn)力(lì)電(diàn)子變壓器(qì)的(dí)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖(tú)4所示。由圖(tú)拓撲結構對圖可知，直流供電方案(àn)裏(lǐ)的(dí)儲(chǔ)能PCS等同(tóng)於(yú)HVDC供電拓撲的AC/DC變換(huàn)，而(ér)DC/DC電力(lì)電子變(biàn)壓器(qì)等同於(yú)HVDC供(gōng)電拓撲的DC/DC變換(huàn)。

圖4（a） PCS變(biàn)換(huàn)環節(jié)拓撲(pū)

圖(tú)4（b） DC/DC電力電(diàn)子(zǐ)變(biàn)壓器拓撲(pū)

由(yóu)此(cǐ)可以將兩種方(fāng)案對比如(rú)下：

（1）供電效率(shuài)方(fāng)麵，目前(qián)調(tiáo)研結果，變壓器效率約(yuē)為98%，PCS約為98%，帶(dài)隔離的(dí)DC/DC約(yuē)為(wéi)97%，HVDC效(xiào)率約為(wéi)96%，兩種方(fāng)案(àn)供電(diàn)效(xiào)率基本(běn)一致。

（2）設備(bèi)數量方麵(miàn)，直流方(fāng)案能(néng)夠節(jié)省(shěng)一(yī)級(jí)變(biàn)壓器，一級AC/DC變換(huàn)，同(tóng)樣儲能(néng)可以作(zuò)為(wéi)UPS，從而(ér)節(jié)省一部分(fēn)蓄電池，占地和(hé)設備(bèi)數量相比(bǐ)HVDC方案具有較大(dà)優勢(shì)。

（3）設備使用率方麵，直流方案復用了儲能(néng)PCS作為AC/DC變(biàn)換，使用(yòng)儲(chǔ)能作為一定(dìng)的(dí)UPS，提高了(liǎo)蓄(xù)電(diàn)池(chí)的利(lì)用(yòng)率(shuài)，因(yīn)此(cǐ)直流方(fāng)案設備使(shǐ)用率(shuài)方麵占優(yōu)。

（4）可(kě)靠性方麵(miàn)，DC/DC的直流電(diàn)壓供電質量(liáng)如(rú)供電(diàn)穩定(dìng)性，電(diàn)壓(yā)紋(wén)波，抗交流電(diàn)壓(yā)暫降能(néng)力更高(gāo)。

（5）經濟性方麵，基於儲(chǔ)能(néng)PCS供(gōng)電(diàn)方案中(zhōng)的蓄(xù)電池(chí)可(kě)在(zài)用電高(gāo)峰向DC/DC直(zhí)流負荷供(gōng)電，在用(yòng)電(diàn)低穀回充電(diàn)量，具有較好(hǎo)的經濟性(xìng)。

4安(ān)科瑞(ruì)蓄(xù)電(diàn)池(chí)監(jiān)測(cè)係統介(jiè)紹設備(bèi)選(xuǎn)型

4.1概述(shù)

安(ān)科瑞(ruì)公司ABAT係(xì)列(liè)鉛酸蓄(xù)電(diàn)池在綫監(jiān)測(cè)係統(tǒng)是(shì)在綫(xiàn)電(diàn)池監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，可(kě)以提前對失效的鉛酸蓄電池進(jìn)行預警及電池均衡(héng)，符合ANSI/TIA-942標準(zhǔn)要(yào)求(qiú)。

  該(gāi)係統(tǒng)具有監測(cè)電池的電壓，內阻(zǔ)與內部溫度功能(néng)，安裝，維(wéi)護與接入非常(cháng)方便。係統主(zhǔ)要由ABAT-S模(mó)塊(kuài)，ABAT-C模塊(kuài)及ABAT-M采集(jí)器(qì)組(zǔ)成，可(kě)通(tōng)過采集器查詢告警與(yǔ)實時(shí)數據(jù)，設置參數(shù)等，可選配監測平台實現(xiàn)網絡化(huà)集中管(guǎn)理(lǐ)。

4.2係(xì)統(tǒng)組網

4.3硬件選(xuǎn)型

5結(jié)束(shù)語

本文通(tōng)過研究多組(zǔ)儲能電池係統(tǒng)並聯組成(chéng)的低壓直流母綫網絡拓(tuò)撲(pū)結(jié)構(gòu)，通過(guò)雙電源係統，核(hé)心裝置多(duō)冗餘配置(zhì)以及能量(liáng)流(liú)傳(chuán)輸(shū)保(bǎo)護(hù)策略(lüè)掌(zhǎng)握(wò)，多端口(kǒu)低壓(yā)直流電源係(xì)統(tǒng)可靠性(xìng)設(shè)計(jì)
；構建多端(duān)口(kǒu)低壓(yā)直流電(diàn)源係(xì)統(tǒng)的(dí)總(zǒng)體(tǐ)控(kòng)製(zhì)體係，設計電源測(cè)端(duān)口(kǒu)，負荷(hé)測端口(kǒu)，母綫雙向(xiàng)能量的(dí)控製(zhì)策(cè)略，結(jié)合各控製(zhì)策略提出的多(duō)端口低(dī)壓直流電(diàn)源(yuán)協調控製(zhì)方法(fǎ)，實現(xiàn)能源(yuán)利用大化(huà)
；通過(guò)對比拓撲(pū)結構驗證(zhèng)方(fāng)案的(dí)可(kě)行(háng)性，有效(xiào)性(xìng)。

【參(cān)考(kǎo)文獻(xiàn)】 

【1】林波(bō)，淺談(tán).UPS不(bù)間斷電源(yuán)工作(zuò)原(yuán)理(lǐ)及在電力係統(tǒng)中的(dí)應用[J].科(kē)技(jì)風(fēng)，2013（23）：92-92

【2】王佰超，陳彥(yàn)奎，劉玉振，王浩，徐利凱，李國柱，詹金果(guǒ)．基於(yú)多站融合的(dí)直(zhí)流供電(diàn)係(xì)統的研(yán)究［Ｊ］．專題(tí)技術，2020（02）：75-76

【3】安(ān)科(kē)瑞(ruì)企(qǐ)業微(wēi)電(diàn)網(wǎng)設(shè)計與(yǔ)應用手(shǒu)冊2022.5版