基于巴拿马电源的数据中心供电方法、系统及数据中心与流程

1.本发明涉及供配电技术领域，具体涉及一种基于巴拿马电源的数据中心供电方法、系统及数据中心。


背景技术：

2.随着信息时代的高速发展，数据中心建设的数量呈爆发式的增长。根据“数据中心年度峰会”的统计，在2010至2019年期间，数据中心增长了19倍，年增长率平均在35％以上，已逐步成为经济社会发展的新引擎。为了响应国家“新基建”战略，数据中心作为一切信息化的基石，必然成为支撑新基建发展的重要基础。数据中心供配电系统是数据中心基础建设的核心子系统，要求24
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7h不间断供电。数据中心供电系统的主流架构以传统的ups电源系统和中低压直流供电系统为主，基本采用“10kv配电
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400v变压器
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400v配电
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区域配电
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不间断电源
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末端配电
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机柜”的多级供电架构。对于这种结构复杂、设备数量繁多的供电架构类型，存在着能源消耗大、施工周期长、设备维护困难、节能环保性差、配套机房占地面积大等问题。此外，传统的交流ups供电系统输出的电压等级需要经过ac/dc和dc/ac两次变换，特别是储能电池的电能需经过逆变环节为负载设备供电，输出的电压可能达不到数据中心的供电要求。
3.随着全球性环境的每况愈下、能源紧缺等亟待解决的问题，建设节能减排、绿色环保、安全经济的数据中心供电系统成为必然的趋势。因此，亟待提高现有数据中心供电系统的经济环保性，并能保证数据中心供电系统运行的稳定性。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于巴拿马电源的数据中心供电方法、系统及数据中心，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种基于巴拿马电源的数据中心供电系统，所述供电系统包括：
7.第一供电电源，所述第一供电电源包括：第一巴拿马电源、第一光伏单元和第一储能单元，所述第一巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第一巴拿马电源的输出端通过第一母线连接第一储能单元的输入端；所述第一巴拿马电源的输出端、第一光伏单元的输出端、第一储能单元的输出端通过第一母线共同连接多个第一直流转换器的输入端，每个所述第一直流转换器的输出端分别连接一个负载；
8.第二供电电源，所述第二供电电源包括：第二巴拿马电源、第二光伏单元和第二储能单元，所述第二巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第二巴拿马电源的输出端通过第二母线连接第二储能单元的输入端；所述第二巴拿马电源的输出端、第二光伏单元的输出端、第二储能单元的输出端通过第二母线共同连接多个第二直流转换器的输入端，每个所述第二直流转换器的输出端分别连接一个负载；
9.所述第一供电电源和所述第二供电电源一一对应地对同一负载提供电能；
10.所述第一巴拿马电源包括第一电源变流器，所述第一光伏单元包括第一光伏变流器，所述第一储能单元包括第一储能变流器；
11.所述第二巴拿马电源包括第二电源变流器，所述第二光伏单元包括第二光伏变流器，所述第二储能单元包括第二储能变流器；
12.所述第一母线包括第一控制器，所述第一控制器分别与第一电源变流器、第一光伏变流器、第一储能变流器、第二电源变流器、第二光伏变流器以及第二储能变流器连接。
13.一种基于巴拿马电源的数据中心供电方法，应用于上述基于巴拿马电源的数据中心供电系统，所述方法包括以下步骤：
14.步骤s100、分别确定第一供电电源和第二供电电源的运行状态；若所述第一供电电源和第二供电电源均正常工作，则执行步骤s200；若第一供电电源发生故障，则执行步骤s300；若第二供电电源发生故障，则执行步骤s400；若第一供电电源和第二供电电源均发生故障，则执行步骤s500；
15.步骤s200、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以使所述第一巴拿马电源和所述第二巴拿马电源共同提供的电能与负载所需的电能相适配；
16.步骤s300、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以使所述第二巴拿马电源提供的电能与负载所需的电能相适配；
17.步骤s400、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以使所述第一巴拿马电源提供的电能与负载所需的电能相适配；
18.步骤s500、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以提供负载所需的电能。
19.进一步，所述步骤s200包括：
20.步骤s210、确定第一巴拿马电源和第二巴拿马电源提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s220，若否，则执行步骤s230；
21.步骤s220、供电系统工作在第一工作模式，在第一工作模式下，第一巴拿马电源和第二巴拿马电源提供负载所需的电能后，第一巴拿马电源将剩余的电能给第一储能单元恒流充电，第二巴拿马电源将剩余的电能给第二储能单元恒流充电，第一储能单元和第二储能单元在充电结束后切换至待机模式；
22.步骤s230、确定第一光伏单元、第一巴拿马电源、第二光伏单元和第二巴拿马电源提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s240，若否，则执行步骤s250；
23.步骤s240、供电系统工作在第二工作模式，在第二工作模式下，第一光伏单元并入第一供电电源，第二光伏单元并入第二供电电源；第一光伏单元、第一巴拿马电源、第二光伏单元和第二巴拿马电源提供负载所需的电能后，第一巴拿马电源将剩余的电能给第一储能单元恒流充电，第二巴拿马电源将剩余的电能给第二储能单元恒流充电，第一储能单元和第二储能单元在充电结束后切换至待机模式；
24.步骤s250、供电系统工作在第三工作模式，在第三工作模式下，第一巴拿马电源和第二巴拿马电源工作在在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电升压模式。
25.进一步，所述步骤s300包括：
26.步骤s310、确定第一光伏单元和第二光伏单元提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s320，若否，则执行步骤s330；
27.步骤s320、供电系统工作在第四工作模式，在第四工作模式下，第一巴拿马电源不工作，第二电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在充电降压模式或待机模式；
28.步骤s330、供电系统工作在第五工作模式，在第五工作模式下，第一巴拿马电源不工作，第二电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电升压模式。
29.进一步，所述步骤s400包括：
30.步骤s410、确定第一光伏单元和第二光伏单元提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s420，若否，则执行步骤s330；
31.步骤s420、供电系统工作在第六工作模式，在第六工作模式下，第二巴拿马电源不工作，第一电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在充电降压模式或待机模式；
32.步骤s430、供电系统工作在第七工作模式，在第七工作模式下，第二巴拿马电源不工作，第一电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电升压模式。
33.进一步，所述步骤s500包括：
34.步骤s510、第一巴拿马电源和第二巴拿马电源均不工作，确定第一光伏单元和第二光伏单元提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s420，若否，则执行步骤s330；
35.步骤s520、供电系统工作在第八工作模式，在第八工作模式下，第一光伏单元和第二光伏单元退出最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元均不工作；
36.步骤s530、供电系统工作在第九工作模式，在第九工作模式下，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电稳压模式。
37.一种数据中心，包括：多个负载、第一供电电源以及第二供电电源，所述第一供电电源和所述第二供电电源一一对应地用于对同一负载提供电能；
38.所述第一供电电源包括：第一巴拿马电源、第一光伏单元和第一储能单元，所述第一巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第一巴拿马电源的输出端通过第一母线连接第一储能单元的输入端；所述第一巴拿马电源的输出端、第一光伏单元的输出端、第一储能单元的输出端通过第一母线共同连接多个第一直流转换器的输入端，每个所述第一直流转换器的输出端分别连接一个负载；
39.所述第二供电电源包括：第二巴拿马电源、第二光伏单元和第二储能单元，所述第二巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第二巴拿马电源的输出端通过第二母线连接第二储能单元的输入端；所述第二巴拿马电源的输出端、第二光伏单元的输出端、第二储能单元的输出端通过第二母线共同连接多个第二直流转换器的输入端，每个所述第二直流转换器的输出端分别连接一个负载；
40.所述第一巴拿马电源包括第一电源变流器，所述第一光伏单元包括第一光伏变流
器，所述第一储能单元包括第一储能变流器；
41.所述第二巴拿马电源包括第二电源变流器，所述第二光伏单元包括第二光伏变流器，所述第二储能单元包括第二储能变流器；
42.所述第一母线包括第一控制器，所述第一控制器分别与第一电源变流器、第一光伏变流器、第一储能变流器、第二电源变流器、第二光伏变流器以及第二储能变流器连接。
43.本发明的有益效果是：本发明公开一种基于巴拿马电源的数据中心供电方法、系统及数据中心，本发明基于接入光伏、储能和巴拿马电源的数据中心供电系统，设计了一种结合巴拿马电源、光伏和储能的协调供电系统及其协调供电方法，使三类供电方式能够协同工作，提供稳定的输出电压，提高系统运行的稳定性，充分利用可再生能源太阳能，从而提高数据中心供电系统的绿色环保性。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1是本发明实施例中基于巴拿马电源的数据中心供电系统的拓扑结构图；
46.图2是本发明实施例中基于巴拿马电源的数据中心供电方法的流程示意图。
具体实施方式
47.以下将结合实施例和附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本技术的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.参考图1，如图1所示为本技术实施例提供的一种基于巴拿马电源的数据中心供电系统，所述供电系统包括：
49.第一供电电源，所述第一供电电源包括：第一巴拿马电源、第一光伏单元和第一储能单元，所述第一巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第一巴拿马电源的输出端通过第一母线连接第一储能单元的输入端；所述第一巴拿马电源的输出端、第一光伏单元的输出端、第一储能单元的输出端通过第一母线共同连接多个第一直流转换器的输入端，每个所述第一直流转换器的输出端分别连接一个负载；
50.第二供电电源，所述第二供电电源包括：第二巴拿马电源、第二光伏单元和第二储能单元，所述第二巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第二巴拿马电源的输出端通过第二母线连接第二储能单元的输入端；所述第二巴拿马电源的输出端、第二光伏单元的输出端、第二储能单元的输出端通过第二母线共同连接多个第二直流转换器的输入端，每个所述第二直流转换器的输出端分别连接一个负载；
51.所述第一供电电源和所述第二供电电源一一对应地对同一负载提供电能；
52.所述第一巴拿马电源包括第一电源变流器，所述第一光伏单元包括第一光伏变流器，所述第一储能单元包括第一储能变流器；
53.所述第二巴拿马电源包括第二电源变流器，所述第二光伏单元包括第二光伏变流
器，所述第二储能单元包括第二储能变流器；
54.所述第一母线包括第一控制器，所述第一控制器分别与第一电源变流器、第一光伏变流器、第一储能变流器、第二电源变流器、第二光伏变流器以及第二储能变流器连接。
55.需要说明的是，巴拿马电源是一种数据中心供电电源，可以实现把输入的10kv的交流电“一步到位”地输出240v/336v的直流电。将原有的供电技术方案中的中压配电、变压器、低压配电、整流模块和输出直流配电等整合成一个模块，具有供电架构简单、供电效率高、占地面积少等优势。
56.本发明提供的实施例中，巴拿马电源作为主要的供电设备，巴拿马电源集成了10kv交流配电，隔离变压，模块化直流电源和输出配电单元等环节。通过集成为一个设备，缩短了低压配电线路。其工作原理是将10kv交流电经过移相变压器降压至0.4kv交流电，再通过整流桥进行整流输出的供电电压等级为240v/336v的直流电。本发明提供的实施例基于巴拿马电源，通过接入光伏单元和储能单元(例如蓄电池组)，建设安全可靠、绿色节能的数据中心供电系统。
57.参考图2，如图2所示为本技术实施例提供的一种基于巴拿马电源的数据中心供电方法，应用于上述任一实施例所述的基于巴拿马电源的数据中心供电系统，所述方法包括以下步骤：
58.步骤s100、分别确定第一供电电源和第二供电电源的运行状态；若所述第一供电电源和第二供电电源均正常工作，则执行步骤s200；若第一供电电源发生故障，则执行步骤s300；若第二供电电源发生故障，则执行步骤s400；若第一供电电源和第二供电电源均发生故障，则执行步骤s500；
59.步骤s200、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以使所述第一巴拿马电源和所述第二巴拿马电源共同提供的电能与负载所需的电能相适配；
60.步骤s300、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以使所述第二巴拿马电源提供的电能与负载所需的电能相适配；
61.步骤s400、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以使所述第一巴拿马电源提供的电能与负载所需的电能相适配；
62.步骤s500、通过对所述第一光伏单元、第一储能单元、第二光伏单元、以及第二储能单元进行调节，以提供负载所需的电能。
63.在一个改进的实施例中，所述步骤s200包括：
64.步骤s210、确定第一巴拿马电源和第二巴拿马电源提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s220，若否，则执行步骤s230；
65.步骤s220、供电系统工作在第一工作模式，在第一工作模式下，第一巴拿马电源和第二巴拿马电源提供负载所需的电能后，第一巴拿马电源将剩余的电能给第一储能单元恒流充电，第二巴拿马电源将剩余的电能给第二储能单元恒流充电，第一储能单元和第二储能单元在充电结束后切换至待机模式；
66.步骤s230、确定第一光伏单元、第一巴拿马电源、第二光伏单元和第二巴拿马电源提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s240，若否，则执行步骤s250；
67.步骤s240、供电系统工作在第二工作模式，在第二工作模式下，第一光伏单元并入
第一供电电源，第二光伏单元并入第二供电电源；第一光伏单元、第一巴拿马电源、第二光伏单元和第二巴拿马电源提供负载所需的电能后，第一巴拿马电源将剩余的电能给第一储能单元恒流充电，第二巴拿马电源将剩余的电能给第二储能单元恒流充电，第一储能单元和第二储能单元在充电结束后切换至待机模式；
68.例如，当负载增加，采用第一工作模式不足以满足负载所需的电能时，系统切换至第二工作模式，光伏单元并网运行；
69.步骤s250、供电系统工作在第三工作模式，在第三工作模式下，第一巴拿马电源和第二巴拿马电源工作在在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电升压模式。
70.例如，当负载增加或第一光伏单元、第二光伏单元供电不足(光照减弱)的情况下，系统切换至第三工作模式。在第三工作模式下，通过第一电源变流器和第二电源变流器工作在在整流模式，以稳定第一直流母线电压；通过第一光伏变流器和第二光伏变流器工作在最大功率跟踪模式(maximum power point tracking，mppt)；通过第一储能变流器以及第二储能变流器工作在放电升压模式。
71.在一个改进的实施例中，所述步骤s300包括：
72.步骤s310、确定第一光伏单元和第二光伏单元提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s320，若否，则执行步骤s330；
73.步骤s320、供电系统工作在第四工作模式，在第四工作模式下，第一巴拿马电源不工作，第二电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在充电降压模式或待机模式；
74.步骤s330、供电系统工作在第五工作模式，在第五工作模式下，第一巴拿马电源不工作，第二电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电升压模式。
75.例如，当第一巴拿马电源发生故障时，在光伏单元供电充足(光照充足)的情况下，系统切换至第四工作模式；在光伏单元供电不足(光照减弱)的情况下，系统切换至第五工作模式。
76.在一个改进的实施例中，所述步骤s400包括：
77.步骤s410、确定第一光伏单元和第二光伏单元提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s420，若否，则执行步骤s330；
78.步骤s420、供电系统工作在第六工作模式，在第六工作模式下，第二巴拿马电源不工作，第一电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在充电降压模式或待机模式；
79.步骤s430、供电系统工作在第七工作模式，在第七工作模式下，第二巴拿马电源不工作，第一电源变流器工作在整流模式，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电升压模式。
80.例如，当第二巴拿马电源发生故障时，在光伏单元供电充足(光照充足)的情况下，系统切换至第六工作模式；在光伏单元供电不足(光照减弱)的情况下，系统切换至第七工作模式。
81.在一个改进的实施例中，所述步骤s500包括：
82.步骤s510、第一巴拿马电源和第二巴拿马电源均不工作，确定第一光伏单元和第二光伏单元提供的电能是否满足负载所需的电能，若是，则执行步骤s420，若否，则执行步骤s330；
83.步骤s520、供电系统工作在第八工作模式，在第八工作模式下，第一光伏单元和第二光伏单元退出最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元均不工作；
84.在第八工作模式下，第一电源变流器和第二电源变流器不工作；第一光伏单元和第二光伏单元退出最大功率跟踪模式(mppt模式)，以稳定第一母线和第一母线的电压。
85.步骤s530、供电系统工作在第九工作模式，在第九工作模式下，第一光伏单元和第二光伏单元工作在最大功率跟踪模式，第一储能单元和第二储能单元工作在放电稳压模式。
86.本实施例中，供电系统发生故障切换至孤岛供电模式运行，在光伏单元供电充足(光照充足)的情况下，供电系统切换至第八工作模式；在光伏单元供电不足(光照减弱)的情况下，供电系统切换至第九工作模式。
87.本发明实施例还提供一种数据中心，包括：多个负载、第一供电电源以及第二供电电源，所述第一供电电源和所述第二供电电源一一对应地用于对同一负载提供电能；
88.所述第一供电电源包括：第一巴拿马电源、第一光伏单元和第一储能单元，所述第一巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第一巴拿马电源的输出端通过第一母线连接第一储能单元的输入端；所述第一巴拿马电源的输出端、第一光伏单元的输出端、第一储能单元的输出端通过第一母线共同连接多个第一直流转换器的输入端，每个所述第一直流转换器的输出端分别连接一个负载；
89.所述第二供电电源包括：第二巴拿马电源、第二光伏单元和第二储能单元，所述第二巴拿马电源的输入端与供电电网连接；所述第二巴拿马电源的输出端通过第二母线连接第二储能单元的输入端；所述第二巴拿马电源的输出端、第二光伏单元的输出端、第二储能单元的输出端通过第二母线共同连接多个第二直流转换器的输入端，每个所述第二直流转换器的输出端分别连接一个负载；
90.所述第一巴拿马电源包括第一电源变流器，所述第一光伏单元包括第一光伏变流器，所述第一储能单元包括第一储能变流器；
91.所述第二巴拿马电源包括第二电源变流器，所述第二光伏单元包括第二光伏变流器，所述第二储能单元包括第二储能变流器；
92.所述第一母线包括第一控制器，所述第一控制器分别与第一电源变流器、第一光伏变流器、第一储能变流器、第二电源变流器、第二光伏变流器以及第二储能变流器连接。
93.尽管本技术的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本技术的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本技术进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本技术的非实质性改动仍可代表本技术的等效改动。