郭强
西宁供电公司 青海省西宁市 810003
摘要：目前随着分布式电网的建设与发展，变电站的功能还将包括储能、电力变换，能量的传输也从单向变成了双向，电力的调度就变得非常复杂，所需要采集的数据剧烈增加，因此，在储能站的基础之上进行数据中心站的建设，除了要对变电站和储能站进行各项数据采集、发送外，还要根据电网的需要，实现在电力过剩时向储能装置充电，当电网电力不足时，由储能装置向电网供电的功能。
关键词：数据中心站；直流供电系统；多站融合
引言
高压直流（HVDC）电源可对直流电能持续实现供应，与交流UPS相比，它在技术、投资建设和应用前景上都具有较大优势，并且和高压直流供电相关的许多研究都证明HVDV供电比交流UPS显著较优。所以人们对在数据中心能否有效的应用高压直流供电技术投入了较大的关注。
1系统方案
1.1系统方案设计
同里综合能源服务中心采用PCS和电力电子变压器构造低压直流电网，但大容量PCS和电力电子变压器所需占地面积大，投资高，安装困难、调试难度大，不适用于能源站。
储能、数据中心和变电站共站建设后，能够融合三者的个体优势，符合绿色数据中心建设的发展方向，可以为泛在物联网提供有力保障。三者融合具备以下优势：
（1）储能能够为数据中心提供备用电源，减少数据中心UPS的配置容量，降低数据中心占地及建设成本。
（2）储能PCS长时间处于低功率运行状态，若可复用其构造直流配电网，则能够大幅提高站内设备利用率，进一步节约资源。
供电方案为由多组PCS和DC/DC组成的独立低压直流微电网，具备以下特点：
（1）各PCS最大提供120kW的直流负荷，占PCS总容量的20%，各储能集装箱内2个PCS的直流侧分别接入两路750V直流母线，形成双电源。
（2）PCS供给的直流功率在储能集装箱附近由750V母线汇集，通过一根直流电缆输送至数据中心楼内。方案中组数N根据750V电缆的载流能力确定，N=载流能力/120kW。
（3）为防止PCS直流送出线的功率倒送，各送出线配置二极管作为单向导通。
（4）数据中心站每两个120kW的DC/DC组成一组供电电源分别接至数据中心侧的750V直流母线上，供给120kW的数据中心机柜，当一路电源故障时，机柜内部可以自动切换至另一路电源，形成数据中心双电源供电模式。
1.2系统运行方式
PCS直流供电方案共有三种运行方式：
（1）蓄电池放电方式，蓄电池的一部分功率供给DC/DC直流负荷，另一部分经由PCS流入电网。用电高峰时采用该运行方式。
（2）蓄电池充电方式，功率由PCS分别供给蓄电池和DC/DC直流负荷。用电低谷时采用该运行方式。
（3）蓄电池不充不放方式，功率由PCS供给DC/DC直流负荷。平时用电采用该运行方式。
以上三种运行方式下，DC/DC是稳定的直流负荷，其只需要高压侧定功率，低压侧定电压输出即可，无需根据其他设备的运行状态来改变策略；PCS需要根据DC/DC功率调节直流侧功率参考值，从而定功率输出；蓄电池可以采用定电压的控制策略，根据PCS的功率情况进行充放电。三者采用上述控制策略可以在不需要协调控制下达到自主功率平衡状态，符合直流配电网的发展趋势。
2HVDC供电系统的优势
HVDC供电系统在输出端连接电池，该电池在HVDC供电系统有故障出现的情况下仍能负载供电，持续为系统供电；HVDC供电系统是直流并联并机，同电位是仅存问题，便于控制；HVDC供电系统并机不受数量限制，每个子监控单元都有可独立运作自行进行控制的微机处理器，保证系统更加安全可靠；HVDC供电系统采用模块化设计的各子监控单元为系统提供了灵活的组成方式；理论上HVDC供电系统的优点包括低能耗与投资、高可靠性、良好的维护性、占地较小等。
3高压直流系统的作用
目前，建筑物内配电系统多为交流系统，如果直流用电设备比较多，使用过程需进行交直流转化，交流配电系统的供电效率比直流配电系统差，线损相同条件下比直流系统多1/3。近年来随着光伏电池技术的发展，用电设备电源直流驱动的节能换装(LED光源装置、电脑服务器等IT设备、空调、冰箱等白色家电的直流变频电机)使供电系统不断进行交流和直流之间的转化，每一次转换按现有产品标准都会造成近10%的损耗。按国家标准GB3805—2008《特低电压限制》，从安全角度来看安全电压应满足以下3个条件:标称电压不超过交流50V、直流120V;由安全隔离变压器供电;安全电压电路与供电电路及大地隔离，相同电压等级下直流配电系统更安全。因此，建筑物内采用直流供配电系统可以起到很好的节能效果，将电网、光伏电池，储能装置组合成高效的多电源系统。
3.1促使成本降低，效益提升
相比较于传统的UPS系统，高压直流系统减少了整流逆变环节，既使其损耗降低，还促使其工作效率得到较大程度的提升，因为该系统并机技术比较简单，可同时对大量的模块实现并联，使每个模块的利用效率提升了约七成，并且没有DC/AC逆变器、滤波设备和静态旁路开关等的高压直流系统主机上的器件数量显著较少，也使设备成本有效节约的重要保障。
3.2使带载能力得到提升
UPS系统带载能力的制约因素主要有：（1）负载的功率因数，如国内某大型UPS厂商某类型的主机，在其输出功率因数是0.5的情况下，其允许的负载率最大只达50%；（2）负载的电流峰值系数，一般UPS主机的波峰因数设计为3，假如负载的电流峰值系统超过3，则需阵容使用UPS主机。而直流系统对于这种功率因数的问题的不存在的，主要是因为其和内阻较低的容量较大的蓄电池组并联，加上整流器模块关于充电和备用的富余较多，其具有较强的对高电流峰值系统进行负载的能力，无需对安全富余的容量专门进行考虑。
3.3起节能降耗的目的
当前供电过程中使用的都是在线双变换型的UPS主机，在其负载率超过1/2时，其转换效率接近开关电源。但在具体的工程中，后端负载输入的谐波和波峰因数对其会造成一定的制约，一般情况下UPS单机稳定运行设计的负载率最大为35-45%，但系统会因受后端发展的设备业务的影响，其设计负载率在寿命后期才能达到，导致其长期在较低的负载率的情况下运行，一般只能达到80%的转换效率，甚至还低。而高压直流系统采用的结构为模块化的，可按照后端设备的装机率对整流模块的开机运行数量进行合理的配置和控制，促使模块负载率和转换率保持一致水平。
结语
本文通过研究多组储能电池系统并联组成的低压直流母线网络拓扑结构，通过双电源系统、核心装置多冗余配置以及能量流传输保护策略掌握，多端口低压直流电源系统可靠性设计；构建多端口低压直流电源系统的总体控制体系，设计电源测端口、负荷测端口、母线双向能量的控制策略，结合各控制策略提出的多端口低压直流电源协调控制方法，实现能源利用最大化；通过对比拓扑结构验证方案的可行性、有效性。
参考文献
[1]杜娟.高压直流电源在IDC机房环境的工作原理及应用初探[J].移动通信，2014，38（13）：80-86.
[2]赵广超，潘立福，吴向阳，等.240V直流供电系统在数据中心的应用研究[J].通信电源技术，2013，30（4）：21.
[3]马涛.高压直流供电模式在IDC机房的应用分析[J].中国新通信，2013，15（17）：72-72.
[4]张乐丰.欧阳述嘉等.高压直流供电在数据中心中的应用探讨[J].电力信息与通信技术,2016(05):88-92.
[5]吴建军.数据中心高压直流UPS供电系统的应用探讨[J].自动化应用，2018(01):44.
[6]王皓界，韩民晓，孔启祥.交直流混合微电网储能DC_DC及接口换流器协调控制[J].电力建设，2016，37（5）：51.