[发明专利]集成式发电站及数据中心

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2012年6月4日的第61/655,205号名称为“COMBINATION HIGH AVAILABILITY CHP AND HIGH DENSITY DATA CENTER”的美国临时专利申请的优先权的权益，在此结合其全部内容作为参考。

技术领域

本公开内容涉及电源。本公开内容更具体地涉及用于数据中心的冗余的且高可靠性的电源。

背景技术

数据中心容纳了大量信息技术(IT)的设备，例如服务器、数据存储装置和网络设备。该设备具有消耗功率超过600瓦/平方英尺(SF)的能力。为降低IT设备占用的有效区(real estate)的数量，将设备存放在机架或机壳中以便能够将大量的设备压缩在较小的占地区域中。但是，当前数据中心的密度，例如IT设备的紧密度，受限于用于支持IT设备和IT设备机电冷却装置的充足、冗余且可靠的公共可用电力的可用性。因此，数据中心容量通常受限于可由本地公用电网提供的功率的数量。在压力大的地区以及城区环境中，功率限制可在20至25兆伏安(MVA)的范围内。但是，许多高密度数据中心的功率负载为180MVA或更大。在许多地区，公共公用电网不能提供这种数量的功率。而且，数据中心已经成为许多企业和互联网服务供应商(ISP)的中枢集群(nerve cluster)，这些数据中心是必须在供电质量和冗余量两方面都能防止数据中心断电的关键部件。因此，即使公共公用电网能够提供充足的功率，提供必须的供电质量和所需冗余量所需要的物理空间量也将是极大的，在物理尺寸和成本上都令人望而却步。

图1是示出了常规数据中心供电装置的框图。数据中心100可包括连到本地公用电网的连接102和104。电供给(electrical service)分别由连接102和104供应给变电站106和108。在正常操作情况下，来自变电站106和108的电力同时向信息技术(IT)设备提供电力。流向IT设备的正常能流(power flow)是从变电站106和108分别通过UPS 114和116，再分别通过PDU 118和120，到达供电板(RPP)。在公共电功率丢失时，可激活发电机110和112以向IT设备供应电功率和防止在数据中心内供电的丢失。归因于发电机110和112的启动时间，不间断电源(UPS)114和116被连接在线路中在IT设备和发电机110和112之间。UPS 114和116包括电池，其在丢失电连接102和104时提供瞬时电力。

但是，电池和支持设备的体积与IT设备的数量和IT设备的负载成正比增加。例如，数据中心100也必须包括并联传动装置，其被耦合至发电机110和112，以在公共电力断供的期间支持切换。而且，被耦合至UPS 114和116的开关(switch)114A和116A需要分别在UPS 114和116发生故障的期间支持切换。由电池和支持设备所占用的有效区不允许构建大型高密度数据中心。而且，发电机110和112的数目和大小与IT设备的电气负载和冷却负载成比例，进一步抑制了高密度数据中心的发展，因为空气许可和空间要求随发电机的数量和大小而增长。最后，对公共电气供给102和104以及现场发电机110和112的依赖需要使用复杂的功率调节系统、不间断电源(UPS)114和116，以及配电单元(PDU)118和120，来为IT设备调节功率和配电。

发明内容

数据中心可通过可靠性高的发电站来供电，该发电站可配置成热电联合(combined heat and power)(CHP)站装置，使得数据中心并不依赖于公共公用电网作为主电源或第三级电源。来自CHP发电站的供电和冷却分配可具有双输出路径配置的形式，以提供供给数据中心的供电和冷却的冗余。在一个实施例中，数据中心可分成模块，模块进一步被分成舱(pod)，使得电力和冷却分配系统可为了冗余和可用性而被分段。在一个实施例中，CHP发电站可与数据中心共置。

发电站可通过将发电产生的废热输出到其它处理过程来提高燃料源发电效率，这增加了燃料源的每英热单位(BTU)的效率。在发电站内可配置多种类型的多个发动机，以允许发电站组件并行维护而不影响维护期间的可用性和冗余。在一个实施例中，发电站可具有冗余的燃料源连接，使得发电站的单一故障点并不会降低数据中心的供电和冷却的可用性。发动机可被连接至分段式总线。该总线可被配置成具有瞬时电涌抑制以及功率下降保护的冗余式总线并具有用于冗余和多样性的多个配电管脚。