針對現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心站配電效率低、經(jīng)濟(jì)性差的問題，結(jié)合儲能站和變電站的優(yōu)勢，提出了基于儲能變流器的問題（PCS）通過多端口低壓直流電源系統(tǒng)電路拓?fù)浼捌淇刂萍夹g(shù)研究，構(gòu)建了統(tǒng)一、合理、高效的三站信息統(tǒng)一管理一體化直流電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三站之間的信息統(tǒng)一管理和能量統(tǒng)一控制功能。與傳統(tǒng)高壓直流方案相比，該方案具有運(yùn)行可靠性高、施工成本低、能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，為多站一體化建設(shè)提供了理論參考。

　　在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，變電站只負(fù)責(zé)能量的單向輸送，整個(gè)電網(wǎng)的電能由發(fā)電廠供應(yīng)，調(diào)度中心的調(diào)度控制相對簡單。隨著分布式電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，變電站的功能還將包括儲能和電力轉(zhuǎn)換，能量傳輸也從單向轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向，電力調(diào)度變得非常復(fù)雜，需要收集的數(shù)據(jù)急劇增加。因此，在儲能站的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)中心站的建設(shè)不僅要收集和發(fā)送變電站和儲能站的數(shù)據(jù)，還要根據(jù)電網(wǎng)的需要向儲能裝置充電。當(dāng)電網(wǎng)電力不足時(shí)，從儲能裝置向電網(wǎng)供電。本文根據(jù)數(shù)據(jù)中心站高壓DC供電方案，提出了數(shù)據(jù)中心、儲能、變電站多站集成方案，在能耗、安全性、可靠性、后期維護(hù)、工作效率、環(huán)保等方面具有很大優(yōu)勢。

　　同里綜合能源服務(wù)中心采用PCS和電力電子變壓器構(gòu)建低壓直流電網(wǎng)，但大容量PCS和電力電子變壓器占地面積大，投資高，安裝難度大，調(diào)試難度大，不適合能源站。儲能、數(shù)據(jù)中心、變電站聯(lián)站建設(shè)后，能夠整合三者的個(gè)人優(yōu)勢，符合綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展方向，為泛在物聯(lián)網(wǎng)提供有力保障。三者的整合具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）儲能可為數(shù)據(jù)中心提供備用電源，降低數(shù)據(jù)中心UPS的配置容量，降低數(shù)據(jù)中心的占地面積和建設(shè)成本。

　?。?）儲能PCS長期處于低功率運(yùn)行狀態(tài)。如果直流配電網(wǎng)可以重用，可以大大提高站內(nèi)設(shè)備的利用率，進(jìn)一步節(jié)約資源。

　　基于上述考慮，提出了利用儲能電站PCS冗余容量的DC數(shù)據(jù)中心供電策略。具體方案如下：

　　如圖所示，供電方案是由多組PCS和DC/DC組成的獨(dú)立低壓直流微電網(wǎng)，具有以下特點(diǎn)：

　?。?）每個(gè)PCS提供120kW的直流負(fù)荷，占PCS總?cè)萘康?0%。每個(gè)儲能集裝箱中兩個(gè)PCS的直流側(cè)分別與兩條750V直流母線相連，形成雙電源。

　　（2）PCS提供的DC功率由儲能集裝箱附近的750V母線收集，通過DC電纜輸送到數(shù)據(jù)中心大樓。根據(jù)750V電纜的載流能力確定方案中的組數(shù)N，N=載流能力/120kW。

　?。?）數(shù)據(jù)中心站每兩個(gè)120kWDC/DC組成一組供電電源，分別連接到數(shù)據(jù)中心側(cè)的750VDC母線kW數(shù)據(jù)中心機(jī)柜。當(dāng)一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)柜內(nèi)部可自動切換到另一個(gè)電源，形成數(shù)據(jù)中心的雙電源供電模式。

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　?。?）對于A類數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷，還需要配置第三電源。第三電源可從附近站引入10kV電纜，通過10kV/400V變壓器形成400V交流母線，引出多條出線連接PCS交流側(cè)。

　?。?）在本方案中，每組DC/DC電源負(fù)荷形成小型220V局部DC微網(wǎng)，多組儲能PCS提供N組DC/DCDC負(fù)荷，形成獨(dú)立的750VDC微網(wǎng)。根據(jù)DC負(fù)荷的總?cè)萘浚梢越⒍鄠€(gè)獨(dú)立的低壓DC微網(wǎng)。各DC低電壓等級局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較高的供電可靠性，是低壓DC配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，具有良好的工程示范意義。

　　(1)電池放電方式，電池的一部分功率提供DC/DC直流負(fù)荷，另一部分通過PCS流入電網(wǎng)。這種運(yùn)行方式用于用電高峰期。

　　(2)電池充電方式，電源由PCS分別供給電池和DC/DC直流負(fù)荷。這種運(yùn)行方式用于用電低谷。

　　(3)電池不充不放，電源由PCS提供DC/DC直流負(fù)荷。這種運(yùn)行方式通常用于用電。

　　在上述三種運(yùn)行方式下，DC/DC是穩(wěn)定的直流負(fù)荷，只需要高壓側(cè)定功率和低壓側(cè)定電壓輸出，不需要根據(jù)其他設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)改變策略；PCS需要根據(jù)DC/DC功率調(diào)整直流側(cè)功率參考值，從而確定功率輸出；電池可以根據(jù)PCS的功率情況采用固定電壓的控制策略進(jìn)行充放電。三者采用上述控制策略，無需協(xié)調(diào)控制即可實(shí)現(xiàn)自主功率平衡，符合直流配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

　　鑒于數(shù)據(jù)中心的供電可靠性要求，本站應(yīng)設(shè)置第三電源作為備用電源，防止變電站兩個(gè)主電源失電后及時(shí)切換。在正常工作條件下，兩個(gè)工作電源相互冗余和熱備用。任何部件的故障或維護(hù)都不計(jì)劃數(shù)據(jù)中心的正常電源，只需要正常的電源切換，以確保數(shù)據(jù)中心的不斷電運(yùn)行。當(dāng)兩個(gè)主電源消失時(shí)，服務(wù)器需要立即切換到儲能電池供電。在此期間，第三個(gè)電源需要切換，并在有限的時(shí)間內(nèi)更換電池，以防止儲能電池過度放電。該方案考慮使用1路10kV專線作為數(shù)據(jù)中心的第三個(gè)電源。

　　目前，數(shù)據(jù)中心采用HVDC高壓直流供電方式。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。首先，10kV線路通過變壓器降壓至AC380V，形成交流母線，然后通過HVDC系統(tǒng)進(jìn)行整流。其中，HVDC實(shí)際上是AC/DC和DC/DC拓?fù)涞募壜?lián)首先由AC380V轉(zhuǎn)換為DC700V，然后由DC/DC轉(zhuǎn)換為240V。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。此外，HVDC的DC240V還將電池并聯(lián)為儲備。本文提出的基于儲能的PCSDC供電方式是通過儲能系統(tǒng)通過DC/DC給IT供電。

　　DC供電方案中儲能PCS和DC/DC電力電子變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對圖可以看出，DC供電方案中的儲能PCS相當(dāng)于HVDC供電拓?fù)涞腁C/DC變換，而DC/DC電力電子變壓器相當(dāng)于HVDC供電拓?fù)涞腄C/DC變換。

　?。?）在供電效率方面，根據(jù)目前的調(diào)查結(jié)果，變壓器效率約為98%，PCS效率約為98%，隔離DC/DC效率約為97%，HVDC效率約為96%。

　　（2）在設(shè)備數(shù)量方面，DC方案可以節(jié)省一級變壓器、一級AC/DC變壓器和UPS，從而節(jié)省部分電池。與設(shè)備數(shù)量相比，HVDC方案具有很大的優(yōu)勢。

　　(3)在設(shè)備利用率方面，直流方案將儲能PCS重用為AC/DC變換，將儲能作為UPS提高電池利用率，因此直流方案設(shè)備利用率占主導(dǎo)地位。

　　(4)可靠性方面，DC供電穩(wěn)定性、電壓紋波、抗交流電壓暫降能力等DC直流電壓供電質(zhì)量較高。

　?。?）在經(jīng)濟(jì)性方面，基于儲能PCS供電方案的電池可在用電高峰時(shí)向DC/DC直流負(fù)荷供電，在用電低谷回收，經(jīng)濟(jì)性好。

　　安科瑞ABAT系列鉛酸電池在線監(jiān)測系統(tǒng)是一種在線電池監(jiān)測產(chǎn)品，可以提前預(yù)警失效的鉛酸電池，平衡電池，符合ANSI/TIA-942標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　該系統(tǒng)具有監(jiān)測電池電壓、內(nèi)阻和內(nèi)部溫度的功能，安裝、維護(hù)和接入非常方便。該系統(tǒng)主要由ABAT-S模塊組成，ABAT-由C模塊和ABAT-M采集器組成，通過采集器查詢報(bào)警和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)，可選擇監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中管理。

　　本文通過研究多組儲能電池系統(tǒng)并聯(lián)組成的低壓直流母線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過雙電源系統(tǒng)、核心裝置多冗余配置以及能量流傳輸保護(hù)策略掌握，多端口低壓直流電源系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)；構(gòu)建多端口低壓直流電源系統(tǒng)的總體控制體系，設(shè)計(jì)電源測端口、負(fù)荷測端口、母線雙向能量的控制策略，結(jié)合各控制策略提出的多端口低壓直流電源協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)能源利用大化；通過對比拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驗(yàn)證方案的可行性、有效性。

　　【1】林波，淺談.UPS不間斷電源工作原理及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2013（23）：92-92

　　【2】王佰超，陳彥奎，劉玉振，王浩，徐利凱，李國柱，詹金果．基于多站融合的直流供電系統(tǒng)的研究［Ｊ］．專題技術(shù)，2020（02）：75-76