978-1-5386-6705-7/18/$31.00 ©2018 IEEE

Управление потоком питания постоянного

Дата

Юэ Ю Токийский Токио, Япония

yu-yue1@ed.tmu.ac.jp

Кейджи Вада

активного мостового преобразователя (TAB), который может быть и будет показано управление потоком мощности между тремя

системами распределения электроэнергии постоянного тока. Язычковый трех преобразователей постоянного/переменного тока, соединенных возможность передавать мощность в произвольных направлениях. В предложены системы распределения мощности постоянного тока для TAB-преобразователя для балансировки мощности от источников Особенностью этой системы является отсутствие батареек

. Затем

объясняются управление потоком мощности с обратной связью по нагрузки для регулировки состояния несбалансированной нагрузки в центрах обработки данных. В результате моделирования была

системы распределения электроэнергии постоянного тока с использованием центре обработки данных и управление потоком мощности для системы распределения электроэнергии. Из этих результатов подтверждается мощности , а также доказывается функциональное поведение предлагаемых

трех систем распределения мощности постоянного тока с использованием

.

Ключевые слова—Система распределения электроэнергии постоянного управление, управление потоком энергии, Тройной активный мостовой

И.

Я

NTPRODUCTION

В течение последнего десятилетия потребление электроэнергии коммерческими энергосистемами было ускорено в связи с развитием глобальных облачных вычислений, больших данных и

крупных технологических компаний, что привело к быстрому росту спроса на центры обработки данных[1]. Расширенные центры обработки данных требуют высокого

спроса на энергию[2], серверы и инфраструктура центров обработки данных истощили, по оценкам, 7% мировой электроэнергии. Кроме того, электроэнергия, потребляемая американскими дата-центрами

,по оценкам, ежегодно увеличивается примерно на 10% [3] [4]. С другой стороны, эти исследования и отчеты выявили жестокую реальность того факта, что традиционные центры обработки данных все еще полагаются на

ископаемые источники энергии для энергоснабжения, такие как нефть и природный газ, что вызвало сосредоточенную озабоченность в области экологических проблем и предотвращения загрязнения. При этом условии

создается эффективная и высоконадежная система распределения электроэнергии, способная повысить производительность и экономить энергию

,крайне необходимую.

Рис.1. Обычная система распределения электроэнергии в дата-центре.

В большинстве центров обработки данных, используемых в последнее время, традиционная система распределения электроэнергии представлена на рис.1, где источник входного напряжения должен проходить через несколько

ступеней преобразования от источника входного переменного тока. Блоки распределения питания (AC/DC и DC/DC) преобразуются в источник постоянного напряжения, который может быть использован оборудованием ИКТ (Информационно-коммуникационные технологии) и серверами в центре обработки данных. Преобразование переменного тока в постоянный необходимо, поскольку нагрузки центра обработки данных используются только в постоянном напряжении. Эти процедуры преобразования энергии приводят к потере энергии не только при преобразовании энергии, но и при охлаждении. Развертывание

системы распределения электроэнергии постоянного тока в ЦОД взамен традиционного переменного тока является эффективным способом сокращения ненужных преобразований, потерь энергии и снижения энергозатрат [5]-[7]. В традиционной системе распределения электроэнергии необходима резервная система, такая как батареи, чтобы центр обработки данных не пострадал от перебоев[8]. Однако объем и стоимость

обычных аккумуляторов слишком велики, поэтому реализация высокоэффективных систем распределения электроэнергии постоянного тока, не использующих аккумулятор , не требуется.

Среди многих уровней напряжения шины в системах распределения постоянного тока [9] [10] было введено преимущество выбора напряжения постоянного тока 380

В в качестве напряжения шины передачи в системе распределения электроэнергии

. Сравните с традиционной системой распределения электроэнергии переменного тока, 380V DC обеспечивает очевидные преимущества, такие как более высокая надежность, более высокая эффективность, более низкая стоимость и объем, делают систему распределения постоянного тока 380V наиболее потенциальным выбором.

Большое количество научно-исследовательских институтов и компаний в настоящее время пытаются разработать продукты, которые могут быть применены в распределительных системах постоянного тока напряжением 380 В[11][12]. Кроме того,

были опубликованы промышленные стандарты для развертывания уровня 380В систем питания постоянного тока , которые обозначали напряжение шины между

260 и 400В[13].

Исследователи и инженеры исследовали тройной активный мостовой (TAB) DC-DC преобразователь с

конфигурацией функции изоляции, который может быть использован для распределения мощности [14][15]. Язычковый преобразователь состоит из трех независимых активных Н-мостовых ячеек с внешними индуктивностями, соединенных через трехобмоточный высокочастотный трансформатор.

Была введена система распределения мощности постоянного тока, использующая TAB-преобразователь , и описаны ее преимущества [16]. Кроме того, мощность постоянного тока можно регулировать в трех направлениях.

В данной работе предлагаются системы распределения электроэнергии постоянного тока с использованием TAB-преобразователя для центра обработки данных без каких-либо батарей, как показано

на рис. 2. Управление потоком мощности, которое может решить ситуацию

непостоянного спроса на мощность нагрузки в центрах обработки данных и достичь функции балансировки нагрузки. Используя язычковый преобразователь, когда мощность одной нагрузки распределительных систем постоянного тока уменьшается,

язычковый преобразователь может реагировать на балансировку мощности в каждом источнике питания постоянного тока. Обсуждается управление обратной связью управления балансировкой нагрузки и балансировкой входной мощности. Приведены результаты моделирования распределения мощности в центрах обработки данных с полной нагрузкой и

в режиме половинной нагрузки с использованием преобразователей с регулируемым потоком мощности TAB. Результаты моделирования показывают работу системы управления потоком мощности для систем распределения электроэнергии постоянного тока с непостоянными

требованиями к мощности в центре обработки данных и поведение предложенной структуры.

.

II.

М

ОДЕЛИНГ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

В

ВКЛАДКА

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

.

А.

Топология TAB - конвертера

Топология TAB-конвертера состоит из трех активных H-

мостовые преобразовательные ячейки, которые соединены через трехобмоточный трансформатор, как видно из рис.3. На вкладке

преобразователь, f

sw

представляет собой частоту переключения, в то время как индуктивности, Л

е1

, Л

е2

, и L

e3

являются ли внешние индукторы подключенными к стороне переменного тока в каждом порту. Каждая форма сигнала напряжения на стороне переменного

тока имеет квадратную форму, а коэффициент заполнения устанавливается равным 50%. Первичная, вторичная и третичная стороны язычкового преобразователя могут быть подключены к источнику постоянного напряжения, а передача мощности между тремя сторонами через трансформатор может быть достигнута

только управлением сдвигом фазы. Предполагается, что каждое постоянное напряжение является постоянным, и это то же самое, что и распределение постоянного тока. Разность фазовых сдвигов сигналов затвора между первичной и вторичной сторонами представлена δ

2

[рад], в то время как сигнал между первичной стороной и третичной стороной представлен

δ

3

[рад], как показано на рис. 4.

В.

Управление фазовым сдвигом для табуляционного преобразователя

После определения фазового сдвига табуляционного преобразователя, фаза управление переключением используется в системе распределения электроэнергии. На рис.4 показана схема фазового сдвига и работа под управлением фазового сдвига. Вот, С

1

к S

3

являются ли сигналы затвора каждого активного мостовой преобразователь и u

1

к вам

3

являются ли каждый из них боковым напряжением переменного тока. В закладке преобразователя суммарный расход энергии в системе

через трансформатор получается следующая формула: = 0 (1)

Рис. 2. Схема системы распределения электроэнергии постоянного тока с использованием TAB-преобразователя в дата-центре.

Рис. 3. Топология конвертера вкладок.

Рис. 4. Фазосдвигающие формы сигналов табуляционного преобразователя.

Реляционное выражение потока мощности P

1

, П

2

, П

3

, а также фазовый сдвиг δ

2

, и δ

3

можно вывести и следующие уравнения при условии одинакового входного напряжения постоянного тока и внешней индуктивности:

Рис.5.Замкнутый контур управления обратной связью регулятора мощности табуляционного преобразователя.

Когда

0 ≤

:

=

(

)

(

)

=

(

) ( )(

)

=

(

) ( )(

)

(2)

Когда

0 ≤

:

=

(

)

(

)

=

(

) ( )(

)

=

(

) ( )(

)

(3)

Как показано из (2) и (3), когда параметры схемы

фиксированы, потоками мощности TAB-преобразователя можно управлять с помощью регулятора фазового сдвига.

Система распределения мощности с использованием язычкового преобразователя.

Основываясь на характеристике язычкового преобразователя, система распределения мощности с использованием вкладки и примененного

источника питания постоянного тока была построена для трех систем распределения постоянного тока , как показано на рис.2. В системе распределения электроэнергии резистивные нагрузки в терминале силовых стоек представляют собой серверы и

другое ИКТ-оборудование центра обработки данных, в то время как источники постоянного тока V

DC

подается входная мощность на каждую нагрузку в дата-центре [17]. При нормальной работе дата-центра входные источники постоянного тока, В

DC1

,

V

DC2

, и V

DC3

непосредственно обеспечивают питание, которое будет использоваться нагрузками, без применения конвертера вкладок.

В системе распределения электроэнергии язычковый преобразователь используется в качестве силового маршрутизатора. В ситуациях увеличения

и уменьшения спроса на резистивные нагрузки, а также полной нагрузки и половинной нагрузки, которые могут возникнуть в центре обработки данных,

необходимо требование передачи постоянного тока между силовыми стойками

. С помощью TAB-преобразователя и

регулятора потока мощности можно добиться балансировки мощности каждого источника постоянного тока

.

III.

П

ЦВЕТОК

F

НИЗКИЙ

С

ONTROL ДЛЯ

DC

П

ЦВЕТОК

D

ИСТРИБУЦИЯ

S

ИСТЕМ

А.

Замкнутый контур управления обратной

связью При работе регулятора расхода мощности для управления мощностью система распределения с помощью TAB преобразователя, точный контроль метод необходим для контроля амплитуды мощности

, передаваемой на резистивную нагрузку, в условиях полной и половинной нагрузки

. В этом разделе демонстрируется управление с обратной связью по замкнутому контуру, основанное на управлении фазовым сдвигом для системы распределения мощности постоянного тока.

Процедура управления фазовым сдвигом замкнутого контура показана на рис. Рис. 5, где P

2

*, и P

3

* представьте опорную мощность для язычкового преобразователя во вторичной и третичной сторонах. Когда передача мощности системы распределения мощности изменяется,

язычковый преобразователь действует как функция силового маршрутизатора, чтобы доставить изменяющееся значение мощности через трансформатор. Когда

опорные значения P

2

*, и P

3

* изменяются, используя обратную связь управления фазовым сдвигом и обратную связь напряжения реального времени, выходная мощность Р

2

, и П

3

может регулироваться в перспективе опорного значения.

Согласно (2) и (3) ясно, что при изменении фазы сдвиг δ

2

и δ

3

, мощность, передаваемая в трех сторонах вкладки преобразователь Р

1

, П

2

и П

3

будет управляться и так, как постоянный ток ток I

2

и я

3

о вторичной и третичной сторонах. При непосредственном изменении передаваемой мощности вторичной стороны амплитуда мощности на третичной стороне также будет нарушена , как и точность управления.

Соседние файлы в папке Платные файлы по системам управления с распределением на постоянном токе (англ)