2020年9月,政府宣布采取更加有力的政策和措施,二氧化碳的碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取到2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。數(shù)據(jù)中心是耗能大戶,規(guī)?；瘧?yīng)用可再生能源是大環(huán)境必然要求。　　


一  常規(guī)方案的問題

1大規(guī)模接入光伏、儲(chǔ)能，常規(guī)方案存在缺陷

　　(1)不能實(shí)現(xiàn)光伏等可再生能源100%帶載。10kV變壓器為不能雙向控制的常規(guī)變壓器,反向送電將造成電網(wǎng)不可控制的沖擊?！　?br /> 　　(2)當(dāng)光伏等可再生能源輸出小于負(fù)載時(shí),需要配置微網(wǎng)控制器進(jìn)行光伏、儲(chǔ)能的調(diào)度,保證系統(tǒng)平衡穩(wěn)定。由于光伏輸出存在不可預(yù)測(cè)性,會(huì)造成供電母線電壓大幅波動(dòng),影響供電安全性和供電質(zhì)量。

2長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)的應(yīng)急電源蓄電池問題突出

　　(1)目前在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)的鉛酸蓄電池組,很難準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)隱患電池,導(dǎo)致串聯(lián)的蓄電池組存在單體電池開路的風(fēng)險(xiǎn)?！　?br /> 　　(2)長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)的鉛酸蓄電池需要定期進(jìn)行人工操作的全容量離線核實(shí)容量，運(yùn)維問題突出。

二  柔性供電系統(tǒng)方案

1定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)

　　以10kV能量路由器為核心,重構(gòu)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)電力電子變壓器(PET)是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應(yīng)原理的高頻電能變換技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)將一種電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電力特征電能的靜止電氣設(shè)備。具備變壓、隔離、功率雙向傳輸?shù)裙δ?可以連接主網(wǎng)與微網(wǎng),實(shí)現(xiàn)功率的準(zhǔn)確協(xié)調(diào)和可靠傳輸。能量路由器(EER)則是多端口電力電子變壓器(MTPET)的簡(jiǎn)稱。本方案以模塊化多端口10kV能量路由器為核心重構(gòu)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)。

2柔性供電系統(tǒng)方案

　　柔性控制是基于電力電子技術(shù)對(duì)電能的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行快速、精確控制的技術(shù)?！　?br /> 　　數(shù)據(jù)中心柔性供電系統(tǒng)基于模塊化的電力電子裝置組成,包括兩路供電鏈路:一路以10kV能量路由器為核心,采用10kV電力電子固態(tài)變壓器,光伏、儲(chǔ)能作為應(yīng)急電源,取消常規(guī)應(yīng)急蓄電池組的高壓直流供電系統(tǒng),為機(jī)架服務(wù)器提供一路電源;另一路采用常規(guī)變壓器降壓、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)為后備電源的交流直接供電鏈路，給空調(diào)、風(fēng)機(jī)等動(dòng)力負(fù)荷供電，提供機(jī)架服務(wù)器另一路交流直供電源。


3運(yùn)行方式

　　(1)以10kV能量路由器為核心的柔性供電系統(tǒng)
　　
　　正常運(yùn)行方式:10kV電網(wǎng)電源通過10kV電力電子固態(tài)變壓器形成DC匯流母線,光伏、儲(chǔ)能電能轉(zhuǎn)換模塊與10kV電力電子固態(tài)變壓器組成多電源能量路由器,為機(jī)架服務(wù)器提供正常高壓直流供電;光伏充足時(shí),優(yōu)先供應(yīng)數(shù)據(jù)中心負(fù)荷,有多余部分對(duì)儲(chǔ)能電池充電;儲(chǔ)能系統(tǒng)分為兩組:一組作為機(jī)架服務(wù)器應(yīng)急電源;一組利用峰谷電差進(jìn)行充放電,按儲(chǔ)能模式運(yùn)行。兩組儲(chǔ)能系統(tǒng)在監(jiān)控系統(tǒng)控制下智慧輪換?！　?br /> 　　10kV交流電源停電運(yùn)行方式:10kV交流停電時(shí),由光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)作為的機(jī)架服務(wù)器應(yīng)急電源供電。即使另一路供電鏈路10kV交流電源也出現(xiàn)停電,能保證柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)自啟動(dòng)后作為后備電源繼續(xù)為數(shù)據(jù)中心供電。
　　
　　(2)另一路交流直供電供電系統(tǒng)
　　
　　正常運(yùn)行方式:10kV電源通過常規(guī)變壓器輸出AC380V電源，供給空調(diào)、風(fēng)機(jī)等動(dòng)力負(fù)荷，同時(shí)作為交流直供電源為機(jī)架服務(wù)器提供正常交流供電?！　?br /> 　　10kV交流電源停電運(yùn)行方式:10kV交流停時(shí),柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)自啟動(dòng),作為數(shù)據(jù)中心后備電源繼續(xù)供電。

三  方案優(yōu)勢(shì)
　　
　　(1)數(shù)據(jù)中心柔性供電系統(tǒng)以10kV能量路由器為核心,適合大規(guī)模接入光伏、儲(chǔ)能等分布式電源。
　　(2)光伏、儲(chǔ)能通過10kV電力電子固態(tài)變壓器接入電網(wǎng),潮流大小方向、電能質(zhì)量雙向可控?！　?br /> 　　10kV電子固態(tài)變壓器與光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)組成10kV能量路由器,可接受來自電網(wǎng)調(diào)度的控制。
　　
　　(3)10kV電力電子固態(tài)變壓器可有效降低DC匯流母線諧波、提高供電電能功率因數(shù),具備完善的保護(hù)功能,對(duì)供電系統(tǒng)短路電流進(jìn)行抑制。
　　
　　(4)儲(chǔ)能系統(tǒng)雙重化配置。一組用于通過峰谷電差節(jié)約電費(fèi),一組作為機(jī)架服務(wù)器應(yīng)急電源,兩組儲(chǔ)能系統(tǒng)功能在監(jiān)控系統(tǒng)控制下智慧輪換。
　　
　　(5)柔性供電系統(tǒng)優(yōu)化了架構(gòu)設(shè)計(jì),精簡(jiǎn)了長(zhǎng)期浮充的應(yīng)急蓄電池組配置,使用經(jīng)常充放電的儲(chǔ)能系統(tǒng)代替,既解決了長(zhǎng)期浮充蓄電池組單體開路隱患,又避免了浮充蓄電池組離線核容等運(yùn)維工作。
　　
　　(6)系統(tǒng)中10kV電力電子固態(tài)變壓器、光伏單向DC/DC、儲(chǔ)能雙向DC/DC、高壓直流單向DC/DC等各種電力電子裝置全部實(shí)現(xiàn)模塊化冗余設(shè)計(jì)。
　　
　　(7)系統(tǒng)在總監(jiān)控協(xié)調(diào)下,可對(duì)各種電力電子裝置進(jìn)行柔性控制,實(shí)現(xiàn)智慧管理。總監(jiān)控故障,不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。


四  總結(jié)
　　
　　數(shù)據(jù)中心柔性供電系統(tǒng)方案基于電力電子的柔性控制技術(shù),解決目前數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)不能大規(guī)模接入光伏、儲(chǔ)能的問題,大幅減小數(shù)據(jù)中心電網(wǎng)電能消耗,提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)營效益;優(yōu)化數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)架構(gòu),利用儲(chǔ)能系統(tǒng)替代長(zhǎng)期浮充狀態(tài)的應(yīng)急電源蓄電池組,解決單體電池開路隱患、蓄電池組運(yùn)維工作量大的問題;通過電能轉(zhuǎn)換裝置模塊化冗余設(shè)計(jì)解決模塊可靠性、運(yùn)維方便性問題;通過柔性控制解決系統(tǒng)電壓、電流、功率平衡問題,解決電力電子模塊工作效率問題。