用于数据中心的电源系统的制作方法

本发明涉及电源系统，更具体地，本发明涉及用于数据中心的电源系统。

背景技术：

1、数据中心是存储、处理和散播it和电信运营数据和应用的集中式设施。由于数据中心存储组织的宝贵无形资产，因此数据中心的安全性和可靠性至关重要。

2、大多数数据中心基于低压交流电(low voltage alternating current，lvac)架构和50hz或60hz低频变压器(low frequency transformer，lft)功率分配。lvac架构包括高达数兆瓦的大规模功率转换块，能够引起非常高的短路电流。lvac架构中包括重型大功率母线系统。出于短路保护，在其中包括了大型且昂贵的短路保护设备，这使得lvac架构的实现成本更高。具有lvac的数据中心可以具有无功功率，需要通过附加的设备来补偿无功功率，否则会导致lvac架构中产生附加损耗。lvac通常包括一个相对较低的配电电压系统，所述系统具有400v/230v/50hz三相以及中性线和接地线，从而导致横截面布线较大。此外，出于n+n冗余系统的高可用性要求，lvac架构对于双电源来说是超大的。

3、在每个ac/dc功率转换设备中，lvac架构必须使用大型本地储能设备(dc链路电容器)来补偿低频(100hz)功率纹波，这需要更多的功率转换级(两级对比一级)，并导致转换效率较低，从而导致布线和其他功率分配元件上的压降更多。lvac架构包含无功功率，需要通过lvdc系统中不存在的附加设备来补偿无功功率。此外，lvac架构需要具有ac-dc-ac功率转换的ac不间断电源(uninterruptible power supply，ups)。

4、因此，本发明的目的是改进现有系统或技术的有效功率到数据中心的分配，实现更少的功率转换级和更少的功率分配元件。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种用于数据中心的电源系统，所述电源系统具有更高的功率有效分配、更少的功率转换级和更少的功率分配元件，同时避免了现有技术方法的一个或多个缺点。

2、该目的通过独立权利要求的特征来实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

3、本发明提供了一种用于数据中心的电源系统。

4、根据第一方面，本发明提供了一种用于数据中心的电源系统，包括：

5、一个或多个固态变压器(solid state transformer，sst)，用于将中压交流电(medium-voltage alternating current，mvac)输入或中压直流电(medium-voltagedirect current，mvdc)输入转换为第一低压直流电(low-voltage direct current，lvdc)输出，

6、一个或多个第一级dc-dc转换器，用于将所述第一低压直流电(low-voltagedirect current，lvdc)输出转换为第二lvdc输出，

7、一个或多个第二级dc-dc转换器，用于将所述第二lvdc输出转换为第三lvdc输出。所述第三lvdc输出用于为所述数据中心中的一个或多个服务器供电。

8、所述电源系统提供了dc电压的更高有效配电电压，从而降低了布线和配电成本。所述电源系统是一种更有效的功率转换系统，其具有更少的功率转换级。所述电源系统是一种新型的冗余馈电系统，所述系统使用lvdc，例如+750v dc和-750v dc，互为备份。所述电源系统在配电时提供了更好的故障隔离和选择性，并减轻了所述电源系统中的故障发展(即，由具有n+1冗余的转换器阵列进行功率分区)。所述电源系统为所述一个或多个服务器提供恒定功率，从而避免了所述电源中的100hz纹波。通过使用输出限流固态变压器，通过使用较小的功率转换块进行功率分区，所述电源系统提供了更少的短路能量要进行处理。所述电源系统包括单点故障(single point of failure，spof)分析，以在功率架构或功率基础设施中提供最大的恢复能力。所述电源系统提供了更高的dc电压，以降低配电损耗。

9、用于所述数据中心的所述电源系统包括功率分区，所述功率分区提供输入并行和输出分离，以有效地传输功率。所述电源系统提供了隔离地浮动系统的故障隔离和接地故障监测。由于隔离电网，所述电源系统提供了低接地故障电流。所述电源系统通过双极性dc传输系统提供了高功率密度，例如，+/–750v，具有浮动中点，支持接地故障检测的电位偏移技术。用于所述数据中心的所述电源系统提供了在具有一个或多个机架行和空白区域的一个或多个地方选择电池自主性的高度灵活性。所述电源系统可以使用电力线通信(powerline communication，plc)监测功率基础设施。

10、优选地，所述mvac输入或所述mvdc输入从至少两个输入馈源处提供。

11、优选地，所述第一lvdc输出和所述第二lvdc输出作为单个电压或极性相反的两个相等电压提供。

12、优选地，所述第一lvdc输出的值为+750v dc、+/–750v dc或+1500v dc中的一个。

13、优选地，所述第二lvdc输出的值为+/–375v dc。

14、优选地，所述第三lvdc输出是安全特低压(secure extra low voltage，selv)。

15、优选地，所述电源系统包括一个或多个冗余设备，以在所述电源系统的每级处提供功率备份。

16、优选地，所述一个或多个冗余设备是部分功率转换器。

17、优选地，所述部分功率转换器包括谐振平衡电路，以将输入电压分成两个相等的一半。

18、优选地，所述一个或多个冗余设备是具有电压分割功能的变压器耦合平衡器。

19、优选地，所述一个或多个冗余平衡器包括多个二极管，用于阻止功率流回到所述电源系统中的故障位置。

20、优选地，所述电源系统包括设置在所述一个或多个第一级dc-dc转换器与所述一个或多个第二级dc-dc转换器之间的一个或多个转换开关，以创建次级馈电冗余。

21、优选地，所述电源系统包括在所述一个或多个sst中的每一个的输出处的永久隔离监测装置。

22、优选地，所述电源系统包括在所述一个或多个sst中的每一个的输入处的选择性故障保护装置。

23、优选地，所述电源系统包括在所述一个或多个sst、所述一个或多个第一级dc-dc转换器和所述一个或多个第二级dc-dc转换器中的至少每一个中的电力线通信装置。

24、因此，与现有技术相比，所公开的电源系统提供了一种更有效的功率转换系统，其具有更少的功率转换级，所述功率转换级通过一个或多个非调节转换器降压。所述电源系统提供了更好的故障隔离和更好的功率分配，同时降低了配电损耗。

25、本发明的这些和其它方面将从下面描述的实现方式中显而易见。

技术特征：

1.一种用于数据中心(100)的电源系统(102)，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电源系统(102)，其特征在于，所述mvac输入或所述mvdc输入从至少两个输入馈源处提供。

3.根据权利要求1或2所述的电源系统(102)，其特征在于，所述第一lvdc输出和所述第二lvdc输出作为单个电压或极性相反的两个相等电压提供。

4.根据权利要求3所述的电源系统(102)，其特征在于，所述第一lvdc输出的值为+750vdc、+/–750v dc或+1500v dc中的一个。

5.根据权利要求4所述的电源系统(102)，其特征在于，所述第二lvdc输出的值为+/–375v dc。

6.根据权利要求5所述的电源系统(102)，其特征在于，所述第三lvdc输出是安全特低压(secure extra low voltage，selv)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电源系统(102)，其特征在于，还包括一个或多个冗余设备，以在所述电源系统(102)的每级处提供功率备份。

8.根据权利要求7所述的电源系统(102)，其特征在于，所述一个或多个冗余设备是部分功率转换器。

9.根据权利要求8所述的电源系统(102)，其特征在于，所述部分功率转换器包括谐振平衡电路，以将输入电压分成两个相等的一半。

10.根据权利要求7所述的电源系统(102)，其特征在于，所述一个或多个冗余设备是具有电压分割功能的变压器耦合平衡器。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的电源系统(102)，其特征在于，所述一个或多个冗余平衡器包括多个二极管，用于阻止功率流回到所述电源系统(102)中的故障位置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电源系统(102)，其特征在于，还包括设置在所述一个或多个第一级dc-dc转换器(106a-n)与所述一个或多个第二级dc-dc转换器(108a-n)之间的一个或多个转换开关(407a-b)，以创建次级馈电冗余。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电源系统(102)，其特征在于，还包括在所述一个或多个sst(104a-n、304a-d)中的每一个的输出处的永久隔离监测装置。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电源系统(102)，其特征在于，还包括在所述一个或多个sst(104a-n、304a-d)中的每一个的输入处的选择性故障保护装置。

15.根据前述权利要求中任一项所述的电源系统(102)，其特征在于，还包括在所述一个或多个sst(104a-n、304a-d)、所述一个或多个第一级dc-dc转换器(106a-n)和所述一个或多个第二级dc-dc转换器(108a-n)中的至少每一个中的电力线通信装置。

技术总结
本发明提供了一种用于数据中心(100)的电源系统(102)。所述电源系统包括一个或多个固态变压器(solid state transformer，SST)(104A‑N、304A‑D)、一个或多个第一级DC‑DC转换器(106A‑N)和一个或多个第二级DC‑DC转换器(108A‑N)。所述一个或多个固态变压器(solid state transformer，SST)用于将中压交流电(medium‑voltage Alternating Current，MVAC)输入或中压直流电(medium‑voltage Direct Current，MVDC)输入中的任一个转换为第一低压直流电(low‑voltage Direct‑Current，LVDC)输出。所述一个或多个第一级DC‑DC转换器用于将所述第一低压DC输出转换为第二LVDC输出。所述一个或多个第二级DC‑DC转换器用于将所述第二LVDC输出转换为第三LVDC输出。所述第三LVDC输出用于为数据中心ICT负载区域(110)中的一个或多个服务器供电。

技术研发人员：安德烈亚斯·斯蒂德尔,罗兰·欣普夫纳
受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4