CN108123432A - 一种数据中心新能源供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据中心新能源供电系统，本发明中所述模块供电单元和服务器供电模块能够为服务器节点提供所述第二电能，此外，所述新能源单元也能够为所述服务器节点提供第三电能，即本发明能够实现绿色能源与现有的供电架构进行结合，共同为数据中心供电。

Description

一种数据中心新能源供电系统

技术领域

本发明涉及供电领域，更具体的说，涉及一种数据中心新能源供电系统。

背景技术

数据中心包括多个机柜，每个机柜上安装有多台服务器，数据中心的服务器可以为用户提供服务。

由于数据中心的用电量较大，因此使得电网压力较大，绿色能源作为可再生能源，如果能够将绿色能源用于数据中心的供电来源，就能够减少电网的供电压力。但是如何将绿色能源与现有的供电架构结合，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数据中心新能源供电系统，以解决现有技术中不能将绿色能源与现有的供电架构进行结合来为数据中心供电的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种数据中心新能源供电系统，包括：

市电供电单元、多个模块供电单元、多个新能源单元和多个服务器供电模块；其中，每个所述模块供电单元的输入端分别与所述市电供电单元的输出端连接，每个所述模块供电单元的输出端分别与所有的所述服务器供电模块连接；

所述市电供电单元，用于为每个所述模块供电单元提供第一预设电压等级的交流电能；

所述模块供电单元，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一电能；其中，所述预处理包括变压和交直流变换；

所述服务器供电模块，用于将所述第一电能进行变压操作，得到能够为服务器节点直接供电的第二电能；

所述新能源单元，用于为所有的所述服务器节点提供第三电能。

优选地，一个所述模块供电单元的输出端与多个所述新能源单元中的唯一一个所述新能源单元连接、且所述模块供电单元与所述新能源单元的数量相同；

所述服务器供电模块，还用于从所述新能源单元获取电压等级为第二预设电压等级的第一中间电能，以及将所述第一中间电能进行变压操作，得到所述第三电能；

其中，所述第二电能和所述第三电能的电压相同。

优选地，每个所述新能源单元的输出端与所有的所述服务器节点连接。

优选地，所述新能源单元为光伏单元，其包括：

光伏发电模块、第一DC-DC转换器、储能元件和第二DC-DC转换器；其中，所述光伏发电模块、第一DC-DC转换器和第二DC-DC转换器顺序连接，所述第二DC-DC转换器与所述模块供电单元的输出端连接，所述储能元件与所述第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器的公共端连接；

所述光伏发电模块，用于生成光伏电能；

第一DC-DC转换器，用于将所述光伏电能转换为第三预设电压的第二中间电能，并将部分所述第二中间电能存储到所述储能元件中；

所述储能元件，用于存储所述第二中间电能；

所述第二DC-DC转换器，用于将所述第二中间电能转换为所述第一中间电能。

优选地，所述新能源单元还包括第三DC-DC转换器；

所述第三DC-DC转换器的一端与所述光伏发电模块的输出端连接，所述第三DC-DC转换器的另一端与所述模块供电单元的输出端连接；

所述第三DC-DC转换器，用于将所述光伏电能进行电压转换，得到所述电压信号。

优选地，所述第二DC-DC转换器包括：

包括4组桥臂和2组连接单元；

每组所述桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；所述第一开关管的第一端与所述第一开关管对应的电容的第一端连接并作为所述桥臂的第一端，所述第二开关管的第二端与所述第二开关管对应的电容的第二端连接并作为所述桥臂的第二端，所述第一开关管的第二端、所述第一开关管对应的电容的第二端、所述第二开关管对应的电容的第一端以及所述第二开关管的第一端连接并作为所述桥臂的公共端；

每组所述连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管；所述第一电容的第一端作为所述连接单元的第一端，所述第二电容的第二端作为所述连接单元的第二端，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的第一端连接并作为所述连接单元的第三端，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的第二端连接并作为所述连接单元的第四端；

第一桥臂的第一端与第一连接单元的第一端连接，用于与所述第一DC-DC转换器、所述储能元件的公共端连接，第二桥臂的第二端与所述第一连接单元的第二端连接，用于与接地端连接，所述第一桥臂的公共端与所述第一连接单元的第三端连接，所述第二桥臂的公共端与所述第一连接单元的第四端连接；

第三桥臂的第一端与第二连接单元的第一端连接，用于与所述模块供电单元输出端的直流母线连接，第四桥臂的第二端与所述第二连接单元的第二端连接，用于与接地线连接，所述第三桥臂的公共端与所述第二连接单元的第三端连接，所述第四桥臂的公共端与所述第二连接单元的第四端连接；

所述第一桥臂的第二端和所述第二桥臂的第一端连接，并通过电感与所述第三桥臂的第二端和所述第四桥臂的第一端连接。

优选地，还包括备用模块供电单元组和多个备用新能源单元；其中，所述备用模块供电单元组包括多个备用模块供电单元；

每个所述备用模块供电单元的输入端分别与所述市电供电单元的输出端连接；

一个所述备用模块供电单元的输出端分别与多个所述备用新能源单元中的唯一一个所述备用新能源单元、所有的服务器供电模块连接；所述备用模块供电单元与所述备用新能源单元的数量相同；

所述备用模块供电组，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一电能，并将所述第一电能传输到连接的服务器供电模块中；

所述备用新能源单元，用于为所有的所述服务器节点提供第三电能。

优选地，所述服务器供电模块为DC-DC转换器。

优选地，所述第一开关管和所述第二开关管均为IGBT或MOS管；

所述第一开关管对应的电容和所述第二开关管对应的电容的参数均相同。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种数据中心新能源供电系统，本发明中所述模块供电单元和服务器供电模块能够为服务器节点提供所述第二电能，此外，所述新能源单元也能够为所述服务器节点提供第三电能，即本发明能够实现绿色能源与现有的供电架构进行结合，共同为数据中心供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种数据中心新能源供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种数据中心新能源供电系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的再一种数据中心新能源供电系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二DC-DC转换器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种数据中心新能源供电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种数据中心新能源供电系统，该数据中心新能源供电系统用于为数据中心供电。

数据中心新能源供电系统可以包括：

市电供电单元、多个模块供电单元、多个新能源单元和多个服务器供电模块；其中，每个所述模块供电单元的输入端分别与所述市电供电单元的输出端连接，每个所述模块供电单元的输出端分别与所有的所述服务器供电模块连接；

所述市电供电单元，用于为每个所述模块供电单元提供第一预设电压等级的交流电能；其中，市电供电单元可以从市电中获取电能。值得注意的是,本发明所指的市电供电单元的交流电源可以是单路市电供电、也可以双路市电通过ATS进行切换供电，还可以是市电+油机通过ATS切换，更可以是双路市电+油机通过ATS切换供电。

所述模块供电单元，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一电能；其中，所述预处理包括变压和交直流变换；

所述服务器供电模块，用于将所述第一电能进行变压操作，得到能够为服务器节点直接供电的第二电能；

所述新能源单元，用于为所有的所述服务器节点提供第三电能。其中，服务器供电模块可以为DC-DC转换器。

本实施例中，各个器件的工作过程为：

市电供电单元对市电进行处理产生交流电能后，将交流电能直接传输给模块供电单元，每个模块供电单元对所述交流电能进行变压和交直流变换操作，得到电压为240V-650V的第一电能，模块供电单元将第一电能传输到连接的服务器供电模块中，服务器供电模块对第一电能进行变压操作，得到电压为12V的第二电能。此外，新能源单元，也能够为所述服务器节点提供第三电能。服务器节点接收到第三电能后，就能够正常工作。

其中，整个数据中心新能源供电系统为所有的服务器节点供电，根据服务器节点的需求用电量不同，为不同的服务器节点提供不同的电量。

举例来说，假设有50个模块供电单元和100个服务器供电模块，每个模块供电单元能够产生1000w的第一电能，每个服务器节点需要500w的需求电量，可以设置为每个模块供电单元为每个服务器供电模块提供10w的第一电能。

需要说明的是，新能源单元为所述服务器节点提供所述第三电能有两种实现形式。第一种实现形式为将产生的新能源经过处理传输到模块供电单元，在经过服务器供电模块后，为所述服务器节点提供第三电能。第二种实现形式为将产生的新能源经过处理后直接为所述服务器节点提供第三电能。

下面分别介绍两种实现形式。

1、第一种实现形式。

具体的，一个所述模块供电单元的输出端与多个所述新能源单元中的唯一一个所述新能源单元连接、且所述模块供电单元与所述新能源单元的数量相同；

所述服务器供电模块，还用于从所述新能源单元获取电压等级为第二预设电压等级的第一中间电能，以及将所述第一中间电能进行变压操作，得到所述第三电能；

其中，所述第二电能和所述第三电能的电压相同。

具体的，服务器供电模块可以从模块供电获取到第一电能，也能够从新能源单元那获取到第一中间电能。其中，第一中间电能与第一电能的电压相同。

技术人员可以根据天气状况以及电网压力情况来确定模块供电单元和新能源单元的供电量比例。

如在电网压力较大时，此时，电网供电压力较大，不适宜在使用较大的市电为服务器节点供电，此时，如果外界环境适宜(如天气晴朗)，新能源单元能够产生大量的新能源。因此，可以使用较多的新能源为服务器节点供电，使用较少的市电为服务器节点供电。

在天气状况不好，如阴天、下雨时，此时，新能源单元产生不了较多的新能源，此时可以增大市电的配比，让较多的市电为服务器节点供电。

此外，在其他情况下，可以根据具体的使用场景，来确定市电和新能源的供电配比。

参照图1，图1中画出了第一种实现形式，具体的，新能源单元为新能源单元1021-102n，模块供电单元为模块供电单元1031-103n。

新能源单元1021-102n与模块供电单元1031-103n一一连接，每个模块供电单元均与市电供电单元101、以及每个服务器供电模块连接。服务器供电模块包括服务器供电模块1041-104n。服务器供电模块1041-104n与服务器节点1051-105n一一连接。

每个服务器供电模块连接一台服务器节点，服务器供电模块为服务器节点供电。

本实施例中，模块供电单元能够从所述新能源单元获取电压等级为第二预设电压等级的第一中间电能，然后服务器供电模块将所述第一中间电能进行变压操作，得到能够为服务器节点直接供电的第三电能。

需要说明的是，第一中间电能和第一电能为相同的电能，本实施例中为了区分模块供电单元产生的电能和光伏发电模块产生的电能，所以使用了不同的名字进行标记。

2、第二种实现形式。

在第二种实现形式中，新能源单元的连接关系与第一种实现形式中的连接关系不同。

具体的，参照图2，每个所述新能源单元的输出端与所有的所述服务器节点连接。一个新能源单元可以为所有的所述服务器节点供电，新能源单元根据服务器节点的需求用电量来确定为每个服务器节点的供电量。具体以技术人员确定的电能分配方案中规定的供电量为准。

如服务器节点1051和服务器节点1052均需要500w的电能，此时同一个新能源单元可以为服务器节点1051和服务器节点1052均提供100w的电能。

本实施例中，所述模块供电单元和服务器供电模块能够为服务器节点提供所述第二电能，此外，所述新能源单元也能够为所述服务器节点提供第三电能，即本发明能够实现绿色能源与现有的供电架构进行结合，共同为数据中心供电。

需要说明的是，本发明所指的新能源主要包括风电、潮汐、或光伏等。以下实施例将以光伏为例进行具体的应用说明。在以下实施例中，新能源单元为光伏单元。

可选的，在上述第一种实现形式的本实施例的基础上，参照图3，所述光伏单元包括：

光伏发电模块10211、第一DC-DC转换器10212、储能元件10213和第二DC-DC转换器10214；其中，所述光伏发电模块10211、第一DC-DC转换器10212和第二DC-DC转换器10214顺序连接，所述第二DC-DC转换器10214与所述模块供电单元1031的输出端连接，所述储能元件10213与所述第一DC-DC转换器10212、二一DC-DC转换器10214的公共端连接；

所述光伏发电模块10211，用于生成光伏电能；

第一DC-DC转换器10212，用于将所述光伏电能转换为第三预设电压的第二中间电能，并将部分所述第二中间电能存储到所述储能元件10213中；其中，储能元件可以是电池组、蓄电池或电容等。

所述储能元件10213，用于存储所述第二中间电能；

所述第二DC-DC转换器10214，用于将所述第二中间电能转换为第一中间电能。

具体的，光伏发电模块10211包括光伏板和“最大功率点跟踪”太阳能控制器MPPT(Maximum Power Point Tracking)。

光伏发电模块10211生成光伏电能后，将光伏电能通过电线传输到第一DC-DC转换器10212，第一DC-DC转换器10212对光伏电能进行变压操作，转换为第三预设电压的第二中间电能，将部分第二中间电能存储到储能元件10213中。另一部分第二中间电能传输到第二DC-DC转换器10214，第二DC-DC转换器10214对部分第二中间电能进行变压操作，得到第一中间电能，并将电压信号传输到模块供电单元1031中的直流母线中。

需要说明的是，本实施例中，第二中间电能存储到储能元件10213中的分量与传输到第二DC-DC转换器10214中的分量是技术人员根据具体使用场景进行设定的。如在天气晴朗时，生产了大量的第二中间电能，此时可以将大部分第二中间电能存储到储能元件10213中，储能元件1021中存储的电能可以在市电供电单元101不能提供足够的电能时，为服务器节点1051进行供电。

在天气为阴时，生产的第二中间电能较小，此时可以将小部分第二中间电能存储到储能元件10213中，以保证有足够的电能为服务器节点1051供电。

需要说明的是，储存到储能元件10213中的第二中间电能在光伏电能或者是市电不足时，可以为服务器节点1051供电。

储能元件、市电和光伏电能的供电配比可以根据具体的天气情况、市电的电网压力、储能元件中的电量值来确定。

进一步，参照图3，所述新能源单元1021还包括第三DC-DC转换器10215；

所述第三DC-DC转换器10215的一端与所述光伏发电模块10211的输出端连接，所述第三DC-DC转换器10215的另一端与所述模块供电单元的输出端连接；

所述第三DC-DC转换器10215，用于将所述光伏电能进行电压转换，得到所述第一中间电能。

光伏发电模块10211生成光伏电能后，一路可以传输到第一DC-DC转换器10212中，另一路可以传输到第三DC-DC转换器10215，第三DC-DC转换器10215可以将光伏电能进行电压转换，直接得到第一中间电能，进而将第一中间电能传输到模块供电单元1031的直流母线中。

需要说明的是，光伏发电模块10211和模块供电单元1031之间既可以设置第一DC-DC转换器10212和第二DC-DC转换器10214两个DC-DC转换器，也可以仅设置一个第三DC-DC转换器10215，设置两个DC-DC转换器与设置一个DC-DC转换器的不同是DC-DC转换器进行变压时变换的电压不同。

本部分在光伏发电模块10211和模块供电单元1031之间可以有多种连接方式，进而能够使得实现手段多样化。

进一步，参照图3，所述模块供电单元1031包括：

交流直流变换器10311和变压器10312；

其中，所述交流直流变换器10311，用于将所述交流电能进行交直流变换操作，得到待处理的直流电能；

所述变压器10312，用于对所述待处理的直流电能进行变压操作，得到所述第一电能。

具体的，市电供电单元101中的市电经过变压器后输出交流电能。交流电能经过交流直流变换器10311进行交直流变换，得到待处理的直流电能，将该待处理的直流电能传输到变压器10312，变压器10312进行变压，此处为升压，得到第一电能，将第一电能传输到模块供电单元1031的直流母线中。

本实施例中使用变压器10312进行变压操作，此外，还可以使用具体的变压电路来实现变压操作。

需要说明的是，本实施例中为了本领域技术人员能够更加清楚的了解本发明的方案，仅画出了一个模块供电单元1031，一个新能源单元1021和一个服务器供电模块1041。实际在使用时，会有多个模块供电单元1031，多个新能源单元1021和多个服务器供电模块1041。

此外，本实施例中，新能源单元1021直接连接到模块供电单元1031中，此外，还可以将新能源单元1021直接连接到服务器节点1051上，进而将新能源单元1021能够直接为服务器节点1051供电。其中，在这种模式下，新能源单元1021中的DC-DC转换器可能与直接连接到模块供电单元1031中的新能源单元1021内部的DC-DC转换器不同。

本实施例中，给出了新能源单元和模块供电单元的具体结构，进而能够根据本发明，设计合理的数据中心新能源供电系统，为数据中心供电。

可选的，在第一种实现形式的实施例的基础上，参照图4，所述第二DC-DC转换器可以包括：

包括4组桥臂和2组连接单元；

每组所述桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；所述第一开关管的第一端与所述第一开关管对应的电容的第一端连接并作为所述桥臂的第一端，所述第二开关管的第二端与所述第二开关管对应的电容的第二端连接并作为所述桥臂的第二端，所述第一开关管的第二端、所述第一开关管对应的电容的第二端、所述第二开关管对应的电容的第一端以及所述第二开关管的第一端连接并作为所述桥臂的公共端；

每组所述连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管；所述第一电容的第一端作为所述连接单元的第一端，所述第二电容的第二端作为所述连接单元的第二端，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的第一端连接并作为所述连接单元的第三端，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的第二端连接并作为所述连接单元的第四端；

第一桥臂的第一端与第一连接单元的第一端连接，用于与所述第一DC-DC转换器、所述储能元件的公共端连接，第二桥臂的第二端与所述第一连接单元的第二端连接，用于与接地端连接，所述第一桥臂的公共端与所述第一连接单元的第三端连接，所述第二桥臂的公共端与所述第一连接单元的第四端连接；

第三桥臂的第一端与第二连接单元的第一端连接，用于与所述模块供电单元输出端的直流母线连接，第四桥臂的第二端与所述第二连接单元的第二端连接，用于与接地线连接，所述第三桥臂的公共端与所述第二连接单元的第三端连接，所述第四桥臂的公共端与所述第二连接单元的第四端连接；

所述第一桥臂的第二端和所述第二桥臂的第一端连接，并通过电感与所述第三桥臂的第二端和所述第四桥臂的第一端连接。

第二DC-DC转换器可以用于实现直流电的变换，并且变换方式多样，能够实现双向变换，适用于高压场合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合图4作进一步的详细说明。

图4为本发明实施例提供的一种第二DC-DC转换器的拓扑图。如图4所示，包括4组桥臂(分别为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂)和2组连接单元(分别为第一连接单元和第二连接单元)。

如图4所示，本发明中的第一开关管和第二开关管以IGBT(N沟道)为例说明。当然除了IGBT外，也可以为MOS管。当第一开关管和第二开关管为IGBT时，则第一开关管的第一端为集电极，第一开关管的第二端为发射极，第二开关管的第一端为集电极，第二开关管的第二端为发射极；如果为MOS管的话，则第一开关管的第一端为漏极，第一开关管的第二端为源极，第二开关管的第一端为漏极，第二开关管的第二端为源极。

第一桥臂中包括第一开关管M1-Q1、第二开关管M1-Q2、第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1、第二开关管对应的电容M1-C2；第二桥臂中包括第一开关管M2-Q1、第二开关管M2-Q2、第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1、第二开关管对应的电容M2-C2；第三桥臂中包括第一开关管M3-Q1、第二开关管M3-Q2、第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1、第二开关管对应的电容M3-C2；第四桥臂中包括第一开关管M4-Q1、第二开关管M4-Q2、第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1、第二开关管对应的电容M4-C2。

第一连接单元包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2；第二连接单元包括第一电容C5、第二电容C6、第三电容C4、第一二极管D3、第二二极管D4。

其中，第一连接单元中的第一电容C1、第二电容C2为母线电容，第一二极管D1、第二二极管D2的作用是钳位，第三电容C3为桥接电容或飞跨电容；第二连接单元中的第一电容C5、第二电容C6为母线电容，第一二极管D3、第二二极管D4的作用是钳位，第三电容C4为桥接电容或飞跨电容。

具体连接关系如下：

1)第一桥臂的连接关系如下：第一桥臂的第一开关管M1-Q1的集电极与第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1的第一端连接并作为第一桥臂的第一端，第二开关管M1-Q2的发射极与第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2的第二端连接并作为第一桥臂的第二端，第一开关管M1-Q1的发射极、第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1的第二端、第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2的第一端以及第二开关管M1-Q2的集电极连接并作为第一桥臂的公共端。需要说明的是，第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1和第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2没有极性之分。

2)第二桥臂的连接关系如下：第二桥臂的第一开关管M2-Q1的集电极与第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1的第一端连接并作为第二桥臂的第一端，第二开关管M2-Q2的发射极与第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2的第二端连接并作为第二桥臂的第二端，第一开关管M2-Q1的发射极、第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1的第二端、第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2的第一端以及第二开关管M2-Q2的集电极连接并作为第二桥臂的公共端。需要说明的是，第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1和第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2没有极性之分。

3)第三桥臂的连接关系如下：第三桥臂的第一开关管M3-Q1的集电极与第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1的第一端连接并作为第三桥臂的第一端，第二开关管M3-Q2的发射极与第二开关管M3-Q2对应的电容M3-C2的第二端连接并作为第三桥臂的第二端，第一开关管M3-Q1的发射极、第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1的第二端、第二开关管M3-Q2对应的电容M3-C2的第一端以及第二开关管M3-Q2的集电极连接并作为第三桥臂的公共端。需要说明的是，第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1和第二开关管M3-Q2对应的电容M2-C2没有极性之分。

4)第四桥臂的连接关系如下：第四桥臂的第一开关管M4-Q1的集电极与第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1的第一端连接并作为第四桥臂的第一端，第二开关管M4-Q2的发射极与第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2的第二端连接并作为第四桥臂的第二端，第一开关管M4-Q1的发射极、第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1的第二端、第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2的第一端以及第二开关管M4-Q2的集电极连接并作为第四桥臂的公共端。需要说明的是，第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1和第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2没有极性之分。

5)第一连接单元中的第一电容C1的第一端作为第一连接单元的第一端，第二电容C2的第二端作为第一连接单元的第二端，第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端、第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接，第一二极管D1的阴极与第三电容C3的第一端连接并作为第一连接单元的第三端，第二二极管D2的阳极与第三电容C3的第二端连接并作为第一连接单元的第四端。

6)第二连接单元中的第一电容C5的第一端作为第二连接单元的第一端，第二电容C6的第二端作为第二连接单元的第二端，第一电容C5的第二端、第二电容C6的第一端、第一二极管D3的阳极和第二二极管D4的阴极连接，第一二极管D3的阴极与第三电容C4的第一端连接并作为第二连接单元的第三端，第二二极管D4的阳极与第三电容C4的第二端连接并作为第二连接单元的第四端。

7)第一桥臂的第一端与第一连接单元的第一端连接，即为端点3，用于与第一DC-DC转换器和所述储能元件的公共端连接，第二桥臂的第二端与第一连接单元的第二端连接，即为端点4，用于与接地端连接，第一桥臂的公共端与第一连接单元的第三端连接，第二桥臂的公共端与第一连接单元的第四端连接。

8)第三桥臂的第一端与第二连接单元的第一端连接，即为端点1，用于与所述模块供电单元输出端的直流母线连接，第四桥臂的第二端与第二连接单元的第二端连接，即为端点2，用于与接地线连接，第三桥臂的公共端与第二连接单元的第三端连接，第四桥臂的公共端与第二连接单元的第四端连接。

9)第一桥臂的第二端和第二桥臂的第一端连接，并通过电感L1与第三桥臂的第二端和第四桥臂的第一端连接。

需要说明的是，图4只是一种具体的拓扑结构，该拓扑结构中第一电源为第一DC-DC转换器和所述储能元件，第二电源为市电，但是在具体实施中，第一电源和第二电源可以具体情况选取，并不一定只有图4所示的场景，例如，第一电源可以为市电，第二电源为第一DC-DC转换器和所述储能元件等。

图4所示的拓扑结构通过控制不同的开关管的导通和截止，能够具备双向可升可降压功能，本实施例中包括以下四种模式：

1、第一DC-DC转换器和所述储能元件对市电放电，且为Boost模式

1)驱动电路控制第一桥臂的第一开关管M1-Q1导通、第一桥臂的第二开关管M1-Q2导通、第四桥臂的第一开关管M4-Q1导通、第四桥臂的第二开关管M4-Q2导通，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2导通以控制DCDC变换器处于续流状态；或控制第一桥臂的第一开关管M1-Q1和第一桥臂的第二开关管M1-Q2导通、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M1-Q2关断，经其体二极管走通回路，以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第四桥臂的第二开关管M4-Q2关断。

2、第一DC-DC转换器和所述储能元件对市电放电，且为Buck模式

1)驱动电路控制第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2导通，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第二桥臂的第二开关管M2-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2导通，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于续流状态；或将第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第二桥臂的第二开关管M2-Q2、第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2关断，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第一桥臂的第一开关管M1-Q1关断。

3、市电对第一DC-DC转换器和所述储能元件充电，且为Boost模式

1)驱动电路控制第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第二桥臂的第一开关管M2-Q1、第二桥臂的第二开关管M2-Q2导通以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制将第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2导通以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第二桥臂的第二开关管M2-Q2关断。

4、市电对第一DC-DC转换器和所述储能元件充电，且为Buck模式

1)驱动电路控制第三桥臂的第一开关管M3-Q1、第三桥臂的第二开关管M3-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2导通以控制DCDC变换器处于储能状态。

1)驱动电路控制第四桥臂的第一开关管M4-Q1、第四桥臂的第二开关管M4-Q2、第一桥臂的第一开关管M1-Q1、第一桥臂的第二开关管M1-Q2导通以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第三桥臂的第一开关管M3-Q1关断。

在具体实施中，作为优选地实施方式，第一桥臂中的第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1和第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2的参数相同。

同理，第二桥臂中的第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1和第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2的参数相同；第三桥臂中的第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1和第二开关管M3-Q2对应的电容M3-C2的参数相同；第四桥臂中的第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1和第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2的参数相同。

本实施例提供的第二DC-DC转换器，包括4组桥臂和2组连接单元；每组桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；每组连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管。通过驱动电路控制各桥臂中的开关管的状态能够支持双向升降或降压功能。相对于现有技术而言，本DCDC变换器可根据接入的第一电源和第二电源的状态进行Buck模式和Boost模式转换，也可根据第一电源的充电和放电需求进行双向变换，并且第一电源和/或第二电源为高压状态时，对开关器件的耐压要求较低，器件选择范围较大、成本较低，使其应用范围更广，适用于多种场合。

可选的，在上述任一个数据中心新能源供电系统的实施例的基础上，数据中心新能源供电系统还包括备用模块供电单元组和多个备用新能源单元；其中，所述备用模块供电单元组包括多个备用模块供电单元；

每个所述备用模块供电单元的输入端分别与所述市电供电单元的输出端连接；

一个所述备用模块供电单元的输出端分别与多个所述备用新能源单元中的唯一一个所述备用新能源单元、所有的服务器供电模块连接；所述备用模块供电单元与所述备用新能源单元的数量相同；

所述备用模块供电组，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一电能，并将所述第一电能传输到连接的服务器供电模块中；

所述备用新能源单元，用于为所有的所述服务器节点提供第三电能。

具体的，为了避免在模块供电单元出现故障时，影响服务器节点的正常使用，所以设置了备用模块供电组。

参照图5，图5中画出了备用模块供电组106，备用模块供电组106中包括备用模块供电单元1061-106n。

备用模块供电组和多个模块供电单元采用并联冗余的工作方式。具体的，备用模块供电组和多个模块供电单元根据每个服务器节点的需求供电量来决定每个备用模块供电单元和每个模块供电单元为每个服务器节点的供电量。

当有至少一个模块供电单元出现故障时，剩余的模块供电单元和所有的备用模块供电单元继续为所有的服务器节点供电，只是此时每个正常的模块供电单元和每个模块供电单元的供电配比不同。

需要说明的是，备用模块供电单元也与备用新能源单元连接，进而能够使用光能进行供电，节省市电供电。

本实施例中，设置了备用模块供电组，进而能够在模块供电单元出现故障时，也能够保证数据中心正常工作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种数据中心新能源供电系统，其特征在于，包括：

市电供电单元、多个模块供电单元、多个新能源单元和多个服务器供电模块；其中，每个所述模块供电单元的输入端分别与所述市电供电单元的输出端连接，每个所述模块供电单元的输出端分别与所有的所述服务器供电模块连接；

所述市电供电单元，用于为每个所述模块供电单元提供第一预设电压等级的交流电能；

所述模块供电单元，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一电能；其中，所述预处理包括变压和交直流变换；

所述服务器供电模块，用于将所述第一电能进行变压操作，得到能够为服务器节点直接供电的第二电能；

所述新能源单元，用于为所有的所述服务器节点提供第三电能。

2.根据权利要求1所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，一个所述模块供电单元的输出端与多个所述新能源单元中的唯一一个所述新能源单元连接、且所述模块供电单元与所述新能源单元的数量相同；

所述服务器供电模块，还用于从所述新能源单元获取电压等级为第二预设电压等级的第一中间电能，以及将所述第一中间电能进行变压操作，得到所述第三电能；

其中，所述第二电能和所述第三电能的电压相同。

3.根据权利要求1所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，每个所述新能源单元的输出端与所有的所述服务器节点连接。

4.根据权利要求2所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，所述新能源单元为光伏单元，其包括：

光伏发电模块、第一DC-DC转换器、储能元件和第二DC-DC转换器；其中，所述光伏发电模块、第一DC-DC转换器和第二DC-DC转换器顺序连接，所述第二DC-DC转换器与所述模块供电单元的输出端连接，所述储能元件与所述第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器的公共端连接；

所述光伏发电模块，用于生成光伏电能；

第一DC-DC转换器，用于将所述光伏电能转换为第三预设电压的第二中间电能，并将部分所述第二中间电能存储到所述储能元件中；

所述储能元件，用于存储所述第二中间电能；

所述第二DC-DC转换器，用于将所述第二中间电能转换为所述第一中间电能。

5.根据权利要求4所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，所述新能源单元还包括第三DC-DC转换器；

所述第三DC-DC转换器的一端与所述光伏发电模块的输出端连接，所述第三DC-DC转换器的另一端与所述模块供电单元的输出端连接；

所述第三DC-DC转换器，用于将所述光伏电能进行电压转换，得到所述电压信号。

6.根据权利要求4所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，所述第二DC-DC转换器包括：

包括4组桥臂和2组连接单元；

每组所述桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；所述第一开关管的第一端与所述第一开关管对应的电容的第一端连接并作为所述桥臂的第一端，所述第二开关管的第二端与所述第二开关管对应的电容的第二端连接并作为所述桥臂的第二端，所述第一开关管的第二端、所述第一开关管对应的电容的第二端、所述第二开关管对应的电容的第一端以及所述第二开关管的第一端连接并作为所述桥臂的公共端；

每组所述连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管；所述第一电容的第一端作为所述连接单元的第一端，所述第二电容的第二端作为所述连接单元的第二端，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的第一端连接并作为所述连接单元的第三端，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的第二端连接并作为所述连接单元的第四端；

第一桥臂的第一端与第一连接单元的第一端连接，用于与所述第一DC-DC转换器、所述储能元件的公共端连接，第二桥臂的第二端与所述第一连接单元的第二端连接，用于与接地端连接，所述第一桥臂的公共端与所述第一连接单元的第三端连接，所述第二桥臂的公共端与所述第一连接单元的第四端连接；

第三桥臂的第一端与第二连接单元的第一端连接，用于与所述模块供电单元输出端的直流母线连接，第四桥臂的第二端与所述第二连接单元的第二端连接，用于与接地线连接，所述第三桥臂的公共端与所述第二连接单元的第三端连接，所述第四桥臂的公共端与所述第二连接单元的第四端连接；

所述第一桥臂的第二端和所述第二桥臂的第一端连接，并通过电感与所述第三桥臂的第二端和所述第四桥臂的第一端连接。

7.根据权利要求2所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，还包括备用模块供电单元组和多个备用新能源单元；其中，所述备用模块供电单元组包括多个备用模块供电单元；

每个所述备用模块供电单元的输入端分别与所述市电供电单元的输出端连接；

一个所述备用模块供电单元的输出端分别与多个所述备用新能源单元中的唯一一个所述备用新能源单元、所有的服务器供电模块连接；所述备用模块供电单元与所述备用新能源单元的数量相同；

所述备用模块供电组，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一电能，并将所述第一电能传输到连接的服务器供电模块中；

所述备用新能源单元，用于为所有的所述服务器节点提供第三电能。

8.根据权利要求1所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，所述服务器供电模块为DC-DC转换器。

9.根据权利要求6所述的数据中心新能源供电系统，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为IGBT或MOS管；

所述第一开关管对应的电容和所述第二开关管对应的电容的参数均相同。