李成升 黃剛 王新想 劉嘉杰

摘 ? 要：為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房的高效清潔、高可靠供電，文章設(shè)計(jì)了一種新型的光儲式機(jī)房高壓直流供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了目前發(fā)展較為迅速的機(jī)房高壓直流系統(tǒng)和傳統(tǒng)的不間斷電源，采用交直流混合供電的方式，兼容原有供電系統(tǒng)的同時有效提升了新能源發(fā)電的利用率，在經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性、電能質(zhì)量方面都比傳統(tǒng)系統(tǒng)更有優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)房;交直流混合供電;高壓直流;新能源

1 ? ?機(jī)房供電問題介紹

隨著網(wǎng)絡(luò)科技的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)機(jī)房也朝著容量不斷增加、對供電可靠性要求越來越高的方向發(fā)展。但是隨著機(jī)房規(guī)模的擴(kuò)大，機(jī)房的耗電問題、擴(kuò)容問題和維護(hù)問題日益突出。目前，我國機(jī)房主流供電模式為不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）供電以及48 V低壓直流供電，但UPS供電存在并機(jī)困難（擴(kuò)容困難）且存在轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、效率低、易故障的問題;而48 V低壓直流供電存在電壓低、電流大、配電損耗高的問題[1-2]。高壓直流（High Voltage Direct Current，HVDC）系統(tǒng)的出現(xiàn)有效解決了上述問題，但是也存在著對某些機(jī)房產(chǎn)品兼容性不佳的弊端。

2 ? ?HVDC系統(tǒng)概述

HVDC系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)用過程中，需要對各種設(shè)備進(jìn)行測試，某些情況下還需要對設(shè)備的電源部分進(jìn)行直流化改造，這些都是制約高壓直流供電推廣應(yīng)用中所面臨的一些困境。本文提出了一種新型的機(jī)房高壓直流供電系統(tǒng)，通過采用整體高壓直流配電的方式，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行的同時，提高兼容性，并充分利用新能源發(fā)電的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降費(fèi)、提高機(jī)房供電可靠性的目標(biāo)。

2.1 ?系統(tǒng)整體描述

系統(tǒng)采用懸浮供電方式，在原有的HVDC系統(tǒng)上進(jìn)行擴(kuò)展，采用DC270V作為母線電壓等級，由于新能源的接入需求，增加了儲能的容量，光伏變換器經(jīng)合理設(shè)計(jì)滿足機(jī)房產(chǎn)品供電的電能質(zhì)量要求。因而現(xiàn)有系統(tǒng)包括了原有的HVDC系統(tǒng)、增加的光伏系統(tǒng)及不間斷電源系統(tǒng)，系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示。

2.2 ?HVDC系統(tǒng)簡介

數(shù)據(jù)機(jī)房負(fù)荷本質(zhì)上是以直流供電為主，交流電經(jīng)過整流再變換成負(fù)荷所需要的直流電。為了保障供電可靠性，往往采用UPS供電方案，即市電經(jīng)整流、逆變，再輸入負(fù)荷，經(jīng)過負(fù)荷內(nèi)部的整流、變換環(huán)節(jié)得到負(fù)荷所需要的直流電壓等級。由此可以看出，如果直接采用直流供電，短期的明顯效果是減少了逆變環(huán)節(jié)，提高轉(zhuǎn)換效率。長期來看，可以簡化負(fù)荷設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)直流直接供電。HVDC正是近年來為了替代傳統(tǒng)UPS電源供電系統(tǒng)及48 V低壓直流供電系統(tǒng)而推出的一種機(jī)房高壓直流系統(tǒng)，當(dāng)前主流的標(biāo)稱電壓等級為DC336V和DC240V，實(shí)際運(yùn)行電壓一般在DC400V和DC270V[1， 3]。系統(tǒng)一般分為分立式和組合式，分立式系統(tǒng)主要由交流柜、整流柜、直流柜、列頭柜4部分組成，如圖2所示;組合式則是將交流柜與整流柜合為一體。

2.3 ?不間斷電源配置

對于少數(shù)不適合用直流供電或直流供電改造難度較大的負(fù)荷，系統(tǒng)仍舊保留部分UPS電源為其供電，不同的是，常規(guī)UPS不間斷電源是按照市電作為主輸入，蓄電池（組）作為后備輸入，在線式運(yùn)行方式下，市電經(jīng)整流再逆變得到輸出的交流電，當(dāng)市電斷電時，并聯(lián)在整流橋后端直流母線上的電池組維持直流母線電壓，蓄電池（組）作為逆變輸入的源，基本無切換時間。在本系統(tǒng)中，直接采用直流母線作為UPS的后備電源。

2.4 ?系統(tǒng)運(yùn)行模式

本系統(tǒng)的電源包括光伏、交流電網(wǎng)及儲能單元3個部分，從保證高質(zhì)量和連續(xù)的供電以及實(shí)現(xiàn)分布式電源與儲能之間的相互配合和充分利用的角度出發(fā)，優(yōu)先使用光伏發(fā)電，而儲能則用作后備應(yīng)急電源，在提高經(jīng)濟(jì)性的同時，保證系統(tǒng)的供電可靠性，系統(tǒng)運(yùn)行策略如表1所示。

3 ? ?系統(tǒng)保護(hù)配置

3.1 ?絕緣監(jiān)察

當(dāng)前的絕緣電阻檢測電路主要分為3種：平衡電橋檢測法、不平衡電橋檢測法以及低頻交流檢測法。平衡電橋檢測法優(yōu)點(diǎn)是不受接地電容影響、檢測速度快;缺點(diǎn)是無法測量正負(fù)極平衡接地。不平衡電橋優(yōu)點(diǎn)是可以檢測任何形式的接地;缺點(diǎn)是檢測速度相對慢且檢測精度受接地電容影響。低頻交流檢測法是采用向直流母線注入低頻交流信號進(jìn)而檢測低頻電流或電壓大小的方法來判別直流母線接地電阻。

本系統(tǒng)采用不平衡電橋檢測法，如圖3所示，其中R1，R2為檢測電阻，R+，R-分別為正負(fù)母線對地電阻。通過監(jiān)測直流正負(fù)母線對地電阻，可以進(jìn)行絕緣下降和接地報警。

3.2 ?一體化直流配電單元保護(hù)

系統(tǒng)的電池饋出線及整流器饋出線采用一體化直流配電單元進(jìn)行保護(hù)，一體化直流配電單元是一類直流配電保護(hù)測控裝置，主要用于直流進(jìn)線和直流饋線的各種故障保護(hù)跳閘和告警，保護(hù)功能包括電流保護(hù)、電壓保護(hù)、接地漏電流保護(hù)、過負(fù)荷熱保護(hù)、逆功率保護(hù)以及開入量聯(lián)鎖保護(hù)等，系統(tǒng)框架如圖4所示。

一體化直流配電單元采集線路的電壓、電流信息，通過變送器將信號送至測控中心，測控中心根據(jù)不同的策略發(fā)出控制信號，通過控制勵磁脫扣器使斷路器斷開和電動操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障合閘恢復(fù)運(yùn)行，當(dāng)饋線發(fā)生故障時，裝置迅速完成故障切除動作，速度可快至10 ms，從而實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)保護(hù)的快速、可靠、靈敏、準(zhǔn)確要求，保障后端設(shè)備的安全運(yùn)行[4]。

4 ? ?結(jié)語

機(jī)房負(fù)荷采用直流供電有諸多益處，伴隨著新能源發(fā)電以及電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新能源直流配電技術(shù)也不斷成熟。在此背景下，本文提出了一種新型的光儲式機(jī)房高壓直流供電系統(tǒng)，在利用新能源發(fā)電的同時，有效提升了原有HVDC系統(tǒng)的負(fù)荷兼容性。此外，相對于原有系統(tǒng)，新系統(tǒng)增加了一體化直流配電單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)線路保護(hù)，使得機(jī)房供電的安全性得到有效提升。

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