【技术实现步骤摘要】
新型数据中心供配电系统及其控制方法
[0001]本专利技术涉及新能源供配电
,尤其是涉及一种新型数据中心供配电系统及其控制方法。
技术介绍
[0002]2021年,国家工信部印发《新型数据中心发展三年行动计划(2021
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2023年)》,要求加快先进绿色技术产品应用,支持探索利用飞轮储能、锂电池和储氢等作为数据中心多元化储能和备用电源装置,持续提升能源高效清洁利用水平,鼓励企业探索建设分布式光伏发电等配套系统,引导新型数据中心向新能源发电侧建设,就地消纳新能源,推动新型数据中心高效利用清洁能源和可再生能源、优化用能结构,助力信息通信行业实现碳达峰、碳中和目标。在上述背景下,工业和信息化部出台《行动计划》,切实贯彻落实国家战略部署,统筹引导新型数据中心建设,推动解决现阶段短板问题,打造数据中心高质量发展新格局,构建以新型数据中心为核心的智能算力生态体系。
[0003]根据数据中心的使用性质、重要数据丢失或网络中断在经济或社会上的损失或影响程度,将数据中心从高到低划分为A、B、C三级,其中,A级数据中心的基础设施按容错系统配置,在电子信息系统运行期间,基础设施应在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行,我国A级数据中心建设标准要求由双重电源供电且两路电源是相互独立的,另设置备用电源,特别重要的负荷采用不间断电源系统和市电电源相结合的方式供电。传统的数据中心两路独立电源均由传统火力发电机组供电,采用多台燃油/燃气发电机组并联作为后备电源,采用化学电池作为UPS(U ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型数据中心供配电系统,其特征在于,包括:海上风场电力系统、屋顶分布式光伏电力系统、第一储能电池系统、第二储能电池系统、氢储能单元、第一飞轮储能装置、第二飞轮储能装置和总控单元,其中,所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统相互独立设置,所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统分别与所述数据中心的电子信息设备连接,用于共同为所述数据中心的电子信息设备提供工作电源;所述第一储能电池系统与所述海上风场电力系统连接,所述第二储能电池系统与所述屋顶分布式光伏电力系统连接;所述氢储能单元与所述数据中心的电子信息设备连接,用于为所述电子信息设备提供备用电源,所述氢储能单元还与所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统连接;所述第一飞轮储能装置通过所述总控单元分别与所述海上风场电力系统和所述氢储能单元连接,所述第二飞轮储能装置通过所述总控单元分别与所述屋顶分布式光伏电力系统和所述氢储能单元连接;所述总控单元分别与所述海上风场电力系统、所述屋顶分布式光伏电力系统、所述氢储能单元、所述第一飞轮储能装置和所述第二飞轮储能装置连接,用于实时监测并上传所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统的有功出力情况,并根据所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统的有功出力情况控制所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统的运行状态,以及,实时监测并上传所述第一储能电池系统和第二储能电池系统的电量状态,并控制所述第一储能电池系统的和所述第二储能电池系统充电或放电,以及,实时控制所述氢储能单元的运行状态,监测并上传所述氢储能单元的储氢量和储氧量,以及,实时监测并上传所述第一飞轮储能装置和所述第二飞轮储能装置的电量状态,并控制所述第一飞轮储能装置和所述第二飞轮储能装置充电或放电。2.根据权利要求1所述的新型数据中心供配电系统,其特征在于,所述海上风场电力系统包括:海上风电集群、风机变流器和第一配电变压器,所述海上风电集群用于将风能转化为电能,所述第一配电变压器用于将所述海上风电集群输出的低压交流电升压至高压交流电,所述海上风电集群与所述风机变流器的一端连接,所述风机变流器的另一端通过所述第一配电变压器连接至公共电网连接点;所述屋顶分布式光伏电力系统包括:屋顶光伏阵列、直流汇流箱、光伏逆变器和第二配电变压器,所述屋顶光伏阵列由光伏电池组件组成,用于将太阳能转化为电能,所述光伏逆变器用于将直流电转变成交流电,所述第二配电变压器用于将所述屋顶光伏阵列输出的低压交流电升压至高压交流电,所述屋顶光伏阵列与所述直流汇流箱的一端连接,所述直流汇流箱的另一端与所述光伏逆变器的一端连接,所述光伏逆变器的另一端通过所述第二配电变压器连接至公共电网连接点。3.根据权利要求2所述的新型数据中心供配电系统,其特征在于,所述第一储能电池系统包括:第一储能电池和第一储能变流器,其中,所述第一储能变流器的一端与所述第一储能电池连接,所述第一储能变流器的另一端分别与所述风机变流器和所述第一配电变压器连接;
所述第二储能电池系统包括:第二储能电池和第二储能变流器,所述第二储能变流器的一端与所述第二储能电池连接,所述第二储能变流器的另一端分别与所述光伏逆变器和所述第二配电变压器连接。4.根据权利要求3所述的新型数据中心供配电系统,其特征在于,所述氢储能单元包括:第三配电变压器、整流器、电解槽、储氢罐、储氧罐、储水罐、海水淡化系统、燃料电池、逆变器和第四配电变压器;所述第三配电变压器的一端分别与所述第一配电变压器和所述第二配电变压器连接,所述第三配电变压器的另一端与整流器的一端连接,所述整流器的另一端与所述电解槽连接,所述电解槽还分别与所述储氢罐、储氧罐和储水罐连接,所述储水罐与所述海水淡化系统连接,所述燃料电池分别与所述储氢罐、储氧罐、储水罐及逆变器连接,所述逆变器还与所述第四配电变压器连接;所述海上风场电力系统和屋顶分布式光伏电力系统向所述电子信息设备供电后的多余电能通过所述第三配电变压器降压后,输入至所述整流器;所述整流器将所述多余电能转化成直流电为所述电解槽供电,所述电解槽用于将电能转变成化学能;所述储氢罐用于存储所述电解槽中电解产生的氢气;所述储氧罐用于存储所述电解槽中电解产生的氧气;所述储水罐用于为所述电解槽提供电解所用的水;储水罐中的水来自于海水淡化系统;所述海水淡化系统用于对海水进行淡化处理,将得到的淡水存储在所述储水罐中;所述燃料电池用于将化学能转化成电能,并将转化过程中产生的热水经冷却降温后传输至所述储水罐中存储,所述燃料电池输出的电能通过所述逆变器及所述第四配电变压器输出。5.根据权利要求4所述的新型数据中心供配电系统,其特征在于,所述总控单元包括:第一高压固态切换开关、第二高压固态切换开关、高压配电联络开关、高压配电装置I段、高压配电装置II段、第五配电变压器、第六配电变压器、低压配电装置I段、低压配电装置II段、第一UPS配电装置、第二UPS配电装置、第一机房末端配电装置、第二机房末端配电装置、低压配电联络装置和控制模块,其中,所述第一配电变压器与所述第一高压固态切换开关连接,所述第二配电变压器与所述第二高压固态切换开关连接,所述第四配电变压器分别与所述第一高压固态切换开关和所述第二高压固态切换开关连接;所述第一高压固态切换开关用于在所述海上风场电力系统供电出现异常时,在1/4周波内快速切换至由所述氢储能单元或公共电网供电;所述第二高压固态切换开关用于在所述屋顶分布式光伏电力系统供电出现异常时,在1/4周波内快速切换至由所述氢储能单元或公共电网供电;所述高压配电联络开关与所述第一高压固态切换开关和所述第二高压固态切换开关组成三合二闭锁,所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统的电源设计容量均大于所述新型数据中心的全部负荷所需电量;所述高压配电装置I段的分别与所述第一高压固态切换开关和所述高压配电联络开关
连接,所述高压配电装置II段的分别与所述第二高压固态切换开关和所述高压配电联络开关连接;所述第五配电变压器分别与所述高压配电装置I段和所述低压配电装置I段连接,所述第六配电变压器分别与所述高压配电装置II段和所述低压配电装置II段连接;所述低压配电联络装置分别与所述低压配电装置I段和所述低压配电装置II段连接,所述低压配电联络装置用于当所述低压配电装置I段或所述低压配电装置II段出现故障时,快速切换低压供电回路,由所述低压配电装置I段或所述低压配电装置II为全部负荷供电,其中,所述低压配电装置I段的低压开关、所述低压配电装置II段的低压开关和所述低压配电联络装置组成三合二闭锁;所述第一UPS配电装置分别与所述第一飞轮储能装置和所述低压配电装置I段连接,所述第二UPS配电装置分别与所述第二飞轮储能装置和所述低压配电装置II段连接;所述第一机房末端配电装置分别与所述第一UPS配电装置和所述电子信息设备连接,用于将来自所述第一UPS配电装置的电源分配到所述电子信息设备,所述第二机房末端配电装置分别与所述第二UPS配电装置和所述电子信息设备连接,用于将来自所述第二UPS配电装置的电源分配到所述电子信息设备;所述控制模块用于实时监测并上传所述海上风电集群和所述屋顶光伏阵列的有功出力情况,以控制所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统的运行状态,以及,实时监测并上传所述第一储能电池系统和第二储能电池系统的电量状态,并控制所述第一储能电池系统的和所述第二储能电池系统充电或放电,以及,实时控制所述电解槽和所述燃料电池的运行状态,监测并上传储氢量和储氧量,以及,实时监测并上传低压交流母线的电压情况,并控制第一UPS配电装置和第二UPS配电装置的运行状态,以及,实时监测并上传所述第一飞轮储能装置和所述第二飞轮储能装置的电量状态,并控制所述第一飞轮储能装置和所述第二飞轮储能装置充电或放电。6.一种新型数据中心供配电系统的控制方法,用于如权利要求1
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5任一项所述的新型数据中心供配电系统,所述方法包括以下步骤:在所述新型数据中心供配电系统为数据中心的负荷供电时,分别获取所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率;当判断所述海上风场电力系统的发电功率大于或等于所述负荷所需的功率的一半,且所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率大于或等于所述负荷所需的功率的一半时,执行第一预设供电方案为所述负荷供电;当判断所述海上风场电力系统的发电功率小于所述负荷所需的功率的一半,且所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率大于或等于所述负荷所需的功率的一半且小于所述负荷所需的功率时,执行第二预设供电方案为所述负荷供电;当判断所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率小于所述负荷所需的功率的一半,且所述海上风场电力系统的发电功率大于或等于所述负荷所需的功率的一半,且小于所述负荷所需的功率时,执行第三预设供电方案为所述负荷供电;当判断所述海上风场电力系统的发电功率小于所述负荷所需的功率的一半,且所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率大于或等于所述负荷所需的功率时,执行第四预设供电方案为所述负荷供电;
当判断所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率小于所述负荷所需的功率的一半,且所述海上风场电力系统的发电功率大于或等于所述负荷所需的功率时,执行第五预设供电方案为所述负荷供电;当判断所述海上风场电力系统的发电功率小于所述负荷所需的功率的一半,且所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率小于所述负荷所需的功率的一半时,执行第六预设供电方案为所述负荷供电。7.根据权利要求6所述的新型数据中心供配电系统的控制方法,其特征在于,执行第一预设供电方案为所述负荷供电,包括:控制第一高压固态切换开关处于海上风场电力系统侧导通状态,控制高压配电联络开关处于断开状态,控制低压配电联络装置处于断开状态,使所述海上风场电力系统发电,当所述海上风场电力系统的发电功率等于所述负荷所需的功率的一半时,控制所述海上风场电力系统承担所述负荷所需的功率的一半,并控制第一储能电池系统和氢储能单元进入待机状态;当所述海上风场电力系统的发电功率大于所述负荷所需的功率的一半时,控制所述海上风场电力系统承担所述负荷所需的功率的一半,并控制所述海上风场电力系统将剩余发电功率为所述第一储能电池系统充电,直至判断所述第一储能电池系统的SOC电量状态达到上限时,控制所述海上风场电力系统停止为所述第一储能电池系统充电,并控制所述海上风场电力系统为所述氢储能单元的电解槽供电,直至储氢罐的氢气存储量和储氧罐的氧气存储量达到上限时,控制所述海上风场电力系统停止为所述氢储能单元的电解槽供电,并控制公共电网连接点的开关闭锁,以使所述海上风场电力系统通过所述公共电网连接点将剩余电量输送至公共电网;以及,控制第二高压固态切换开关处于屋顶分布式光伏电力系统侧导通状态,控制高压配电联络开关处于断开状态,控制低压配电联络装置处于断开状态,使所述屋顶分布式光伏电力系统发电,当所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率等于所述负荷所需的功率的一半时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统承担所述负荷所需的功率的一半,并控制第二储能电池系统和所述氢储能单元进入待机状态;当所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率大于所述负荷所需的功率的一半时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统承担所述负荷所需的功率的一半,并控制所述屋顶分布式光伏电力系统将剩余发电功率为第二储能电池系统充电,直至判断所述第二储能电池系统的SOC电量状态达到上限时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统停止为所述第二储能电池系统充电,并控制所述屋顶分布式光伏电力系统为氢储能单元的电解槽供电,直至储氢罐的氢气存储量和储氧罐的氧气存储量达到上限时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统停止为所述氢储能单元的电解槽供电,并控制公共电网连接点的开关闭锁,以使所述屋顶分布式光伏电力系统通过所述公共电网连接点将剩余电量输送至公共电网。8.根据权利要求6所述的新型数据中心供配电系统的控制方法,其特征在于,执行第二预设供电方案为所述负荷供电,包括:控制第一高压固态切换开关处于海上风场电力系统侧导通状态,控制第二高压固态切换开关处于屋顶分布式光伏电力系统侧导通状态,控制高压配电联络开关处于断开状态,控制低压配电联络装置处于断开状态,使所述海上风场电力系统和所述屋顶分布式光伏电力系统发电;
判断所述海上风场电力系统的发电功率是否等于零;若所述海上风场电力系统的发电功率不等于零,则控制所述海上风场电力系统继续发电,并控制所述第一储能电池系统以第一功率放电,直至判断所述第一储能电池系统的SOC电量状态达到下限,则控制所述第一储能电池系统停止放电,并控制第一高压固态切换开关断开,控制第一飞轮储能装置经第一UPS配电装置向所述负荷供电,同时,控制所述氢储能单元启动并输出额定电压值,此时,控制第一高压固态切换开关切换至氢储能单元侧供电,控制所述第一飞轮储能装置停止放电,并进入充电待机状态,此时,控制所述海上风场电力系统继续发电,以为所述第一储能电池系统充电,直至判断所述第一储能电池系统的SOC电量状态达到上限时,控制所述海上风场电力系统停止对所述第一储能电池系统充电,并控制所述海上风场电力系统继续发电,以为氢储能单元的电解槽供电,直至储氢罐的氢气存储量和储氧罐的氧气存储量达到上限时,控制所述海上风场电力系统停止为所述氢储能单元的电解槽供电,并控制公共电网连接点的开关闭锁,以使所述海上风场电力系统通过所述公共电网连接点将剩余电量输送至公共电网,其中,所述第一功率等于所述负荷所需的功率的一半减去所述海上风场电力系统的发电功率;若所述海上风场电力系统的发电功率等于零,则控制所述第一储能电池系统以第二功率放电,直至判断所述第一储能电池系统的SOC电量状态达到下限,则控制所述第一储能电池系统停止放电,并控制第一高压固态切换开关断开,控制第一飞轮储能装置经第一UPS配电装置向所述负荷供电,同时,控制所述氢储能单元启动并输出额定电压值,此时,控制第一高压固态切换开关切换至氢储能单元侧,由所述氢储能单元为所述负荷供电,并控制所述第一飞轮储能装置停止放电,并进入充电待机状态,当判断所述氢储能单元的储氢罐的氢气存储量和储氧罐的氧气存储量达到下限时,控制所述氢储能单元停止为所述负荷供电,并闭合所述公共电网连接点的开关,控制所述第一高压固态开关切换至公共电网侧供电,其中,在闭合所述公共电网连接点的开关以及所述第一高压固态切换开关切换期间,控制第一飞轮储能装置经第一UPS配电装置向所述负荷供电,其中,所述第二功率等于所述负荷所需的功率的一半;以及,当所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率等于所述负荷所需的功率的一半时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统承担所述负荷所需的功率的一半,并控制第二储能电池系统和所述氢储能单元进入待机状态;当所述屋顶分布式光伏电力系统的发电功率大于所述负荷所需的功率的一半且小于所述负荷所需的功率时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统为所述第二储能电池系统充电,直至判断所述第二储能电池系统的SOC电量状态达到上限时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统停止为所述第二储能电池系统充电,并控制所述屋顶分布式光伏电力系统为氢储能单元的电解槽供电,直至储氢罐的氢气存储量和储氧罐的氧气存储量达到上限时,控制所述屋顶分布式光伏电力系统停止为所述氢储能单元的电解槽供电,并控制公共电网连接点的开关闭锁,以使所述屋顶分布式光伏电力系统通过...
【专利技术属性】
技术研发人员:葛自强,
申请(专利权)人:沈阳微控新能源技术有限公司,
类型:发明
国别省市:
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