[0001] 本发明涉及能源技术和信息技术的融合技术领域，具体涉及一种综合能源站。

[0002] 近些年，云计算、物联网、人工智能、5G等新技术的不断涌现和深入发展，推动着数据中心的新一轮变革，数据中心新一轮的快速发展已经开始。数据中心是指能够在一个物理空间内实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理的设施。作为重要的电力负荷，数据中心不仅耗电量大，而且对供电可靠性和电能质量要求高。数据中心的断电将可能造成不可估量的经济损失和社会影响。

[0003] 为保证数据中心的可靠供电，现有技术方案大多采用在数据中心主供电系统的基础上增加配置不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)。UPS是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。考虑到大容量的UPS成本高昂，通常情况下，UPS内的电池容量有限，仅能支持数据中心机房较短时间内(例如15分钟)的临时供电。

[0004] 此外，运行中的数据中心发热量较高，过高的温度会影响数据中心内计算机的正常运行，现有技术方案大多采取空调降温或冷却降温的方式保证数据中心的正常运行，增加电力消耗的同时造成了大量热能的浪费。

[0005] 随着能源互联网建设的不断推进，能源流、业务流、数据流的不断融合已成为能源互联网的发展趋势。能源互联网内大量的信息数据需要数据中心的计算支持和数据存储，能源互联网中的大容量电力储能装置可为数据中心提供充分、可靠的备用电力供应。

[0006] 综合能源站作为能源互联网的核心关键设备，其在多种能源供应与综合能源服务中发挥重要作用。现有技术中已有的综合能源站主要将利用天然气实现冷、热、电的联合供应，部分研究在此基础上增加了光伏、风机等可再生能源发电，作为电能供应的有效补充。目前，已有的基于数据中心和储能系统组成的能源站或系统只是将数据中心和储能系统进行系统级的搭配组合，并未实现数据中心与储能系统的深度融合，且没有考虑数据中心的热能回收、存储及再利用，不能同时为用户提供电能和热能，即无法为用户提供综合能源供应及服务。

[0059] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0060] 本发明实施例提供了一种综合能源站，具体结构如图1所示，具体包括多个综合能源模块，各个综合能源模块通过综合能源管线连接；

[0061] 综合能源模块包括能量路由器、数据中心服务器组、电池储能系统、循环热回收系统、储热系统和不间断电源。

[0062] 能量路由器用于实现交流电、直流电的电压变换以及电能形式转换，还用于实现电能与热能的相互转化(例如电能制热和热能发电)以及供热温度和供热形式的转换(例如由热水供热改变为水蒸气供热)；

[0063] 电池储能系统用于在数据中心服务器组未断电时与电网进行互动，还用于在数据中心服务器组断电时，向数据中心服务器组供电，保障数据中心服务器组中数据信息的安全；

[0064] 循环热回收系统用于吸收数据中心服务器组释放的热能；

[0065] 储热系统用于实现对循环热回收系统吸收的热能进行存储；

[0066] 不间断电源用于为数据中心服务器组进行不间断供电。

[0067] 综合能源管线包括：

[0068] 交流线路，用于实现交流电的独立传输；

[0069] 直流线路，用于实现直流电的独立传输；

[0070] 热力管道，用于实现热能的独立传输。

[0071] 数据中心服务器组包括多个数据中心服务器，各个数据中心服务器均与直流线路连接，由直流线路直接进行供电。

[0072] 循环热回收系统包括：

[0073] 循环泵，用于使低温冷却液流经各个数据中心服务器；

[0074] 换热器，用于将经过数据中心服务器的得到的高温冷却液吸收的热能传递给储热系统；

[0075] 循环热回收系统采取液体循环冷却的方式，具体是利用循环泵，使低温冷却液流经数据中心服务器组内的各个数据中心服务器，低温冷却液能够吸收各个数据中心服务器工作产生的热量，进而温度升高变为高温冷却液，高温冷却液通过换热器将吸收的热量传递给储热系统进行存储，进而高温冷却液重新变为低温冷却液，通过低温冷却液和高温冷却液的反复循环，在对数据中心服务器组进行冷却的同时实现了热量的回收。循环泵和换热器均采用交流供电。

[0076] 能量路由器包括多个端口；

[0077] 端口一端通过综合能源管线连接综合能源网络，另一端通过交流线路连接循环热回收系统和不间断电源，并通过直流线路连接数据中心服务器组和电池储能系统，通过热力管道连接储热系统。

[0078] 能量路由器能够根据这些管线的电能形式、电压等级、供热形式及温度等要求，在各个端口灵活输出满足要求和需求的电能和热能。

[0079] 电池储能系统与直流线路连接，其包括电池组、电池管理系统和电能变换系统；

[0080] 电池组，用于在用电低谷时段存储来自于电网的电能，在所述数据中心服务器组断电时将所述电能供给各个数据中心服务器，以及在所述数据中心服务器组未断电时将所述电能按电网需求供给电网；

[0081] 电池管理系统，用于实现各电池本体的状态和电池本体的充放电过程的监测与管理；

[0082] 电能变换系统，用于实现电池组输出的直流电压与直流线路电压之间的电压等级的变换。

[0083] 不间断电源包括：

[0084] 蓄电池，用于在数据中心服务器组未断电时存储来自于电网的电能(即在数据中心服务器组未断电时工作于交流浮充状态)，在数据中心服务器组断电时将电能供给各个数据中心服务器；

[0085] 输入变流器，用于实现交流线路上的交流电压到蓄电池的直流电压之间的转换，其输入端连接交流线路，其输出端连接蓄电池；

[0086] 输出变流器，用于实现蓄电池的直流电压到直流线路上的直流电压之间的转换，其输入端连接蓄电池，其输出端连接直流线路。

[0087] 不间断电源与电池储能系统的配合机制为：当数据中心服务器组断电时，不间断电源首先由交流浮充状态迅速切换至直流放电状态，快速支持数据中心服务器组的供电；接着电池储能系统放电对数据中心服务器组进行供电，不间断电源退出直流放电运行状态；最后，数据中心服务器组恢复未断电时，数据中心服务器组的直流线路供电得到恢复，电池储能系统退出供电状态。

[0088] 电池组包括多个电池本体，多个电池本体串联后再并联；

[0089] 电池本体采用磷酸铁锂电池；蓄电池采用铅酸蓄电池。

[0090] 数据中心服务器的型号和总台数基于用户用电需求和站址空间确定；

[0091] 每个数据中心服务器组中数据中心服务器的台数相等，其基于数据中心服务器的总台数和数据中心服务器组的个数确定。即满足每个数据中心服务器组中数据中心服务器的台数 N为数据中心服务器的总台数，m为数据中心服务器组的个数，数据中心服务器组的个数与综合能源站中综合能源模块个数相等。

[0092] 数据中心服务器组的额定功率为每个数据中心服务器组中数据中心服务器的台数与单个数据中心服务器的额定功率的乘积；数据中心服务器组的额定散热功率为每个数据中心服务器组中数据中心服务器的台数与单个数据中心服务器的额定散热功率的乘积。用公式表示为：

[0093] P1＝n·PD

[0094] Q1＝n·QD

[0095] 式中，P1为数据中心服务器组的额定功率，Q1为数据中心服务器组的额定散热功率，n为每个数据中心服务器组中数据中心服务器的台数，PD为单个数据中心服务器的额定功率，QD为单个数据中心服务器的额定散热功率。

[0096] 不间断电源的额定容量为蓄电池为数据中心服务器组独立供电时间与数据中心服务器组的额定功率的乘积；不间断电源的额定充放电功率基于数据中心服务器组的额定功率确定，用公式表示为：

[0097] CUPS＝t×P1

[0098] PUPS＝β×P1

[0099] 式中，CUPS为不间断电源的额定容量，t为蓄电池为数据中心服务器组独立供电时间，β为预设的第一安全因子，可取1.05～1.2。

[0100] 电池储能系统的额定容量为数据中心服务器组独立供电时间与数据中心服务器组的额定功率的乘积；电池储能系统的额定充放电功率基于数据中心服务器组的额定功率确定，用公式表示为：

[0101] CESS＝h×P1

[0102] PESS＝α×P1

[0103] 式中，CESS为电池储能系统的额定容量，PESS为电池储能系统的额定功率，h为数据中心服务器组独立供电时间，α为预设的第二安全因子，可取1.05～1.2。

[0104] 储热系统的额定容量为储热系统的储热时间和数据中心服务器组的额定散热功率的乘积；储热系统的额定充放热功率基于数据中心服务器组的额定散热功率确定；用公式表示为：

[0105] CH＝r×Q1

[0106] PH＝χ×Q1

[0107] 式中，CH为储热系统的额定容量，PH为储热系统的额定充放热功率，r为储热系统的储热时间，χ为预设的第三安全因子，可取1.05～1.2。

[0108] 换热器的额定换热功率基于储热系统的额定充放热功率确定；用公式表示为：

[0109] PEH＝η×PH

[0110] 式中，PEH为换热器的额定换热功率，η为预设的第四安全因子，可取1.05～1.2。

[0111] 换热器循环泵的额定负荷功率为重力加速度、循环泵的扬程、换热器中低温冷却液的流量和密度的乘积。用公式表示为：

[0112] P3＝ρSgH

[0113] 式中，P3为循环泵的额定负荷功率；ρ为低温冷却液的密度；g为重力加速度，一般可取9.8m/s2；H为循环泵的扬程，S为换热器中低温冷却液的流量，且满足，CP为低温冷却液的比热容；ρ为低温冷却液的密度，PEH为换热器的额定换热功率，T1为换热器入口处冷却液的温度，T2为换热器出口处冷却液的温度。

[0114] 能量路由器的额定交流功率容量基于不间断电源的额定充放电功率、换热器的额定负荷功率和换热器循环泵的额定负荷功率确定；能量路由器的额定交流功率容量按下式确定：

[0115] PAC＝μ×(PUPS+P2+P3)

[0116] 式中，PAC为能量路由器的额定交流功率容量，μ为预设的第五安全因子，可取1.1～1.3；PUPS为不间断电源的额定充放电功率，P2为换热器的额定负荷功率，P3为循环泵的额定负荷功率；

[0117] 能量路由器的额定直流功率容量基于电池储能系统的额定充放电功率和数据中心服务器组的额定功率确定；能量路由器的额定直流功率容量按下式确定：

[0118] PDC＝λ×(P1+PESS)

[0119] 式中，PDC为能量路由器的额定直流功率容量，λ为预设的第六安全因子，可取1.1～1.3；P1为数据中心服务器组的额定功率，PESS为电池储能系统的额定充放电功率。

[0120] 能量路由器的额定热力功率容量基于储热系统的额定充放热功率确定，用公式表示为：

[0121] PHH＝κ×PH

[0122] 式中，PHH为能量路由器的额定热力功率容量，κ为预设的第七安全因子，可取1.1～1.3。

[0123] 如图2所示，本发明实施例提供的综合能源站共包含m个综合能源模块，各个综合能源模块并联在综合能源管线上。综合能源管线中含有交流线路、直流线路和热力管道，能够同时进行交、直流电能和热能的独立传输。所有的综合能源模块均通过交流线路、直流线路和热力管道与综合能源管线进行连接。将综合能源站与变电站进行集成，并在周围构建环站微能网和电动汽车充/换电站，共同构成多合一综合能源服务站。其中，变电站通过交流线路与综合能源管线进行连接；环站微能网通过直流线路和热力管道与综合能源管线进行连接，同时通过交流线路与变电站连接；电动汽车充/换电站通过交流线路和直流线路与综合能源管线进行连接。变电站可以为综合能源站、环站微能网以及电动汽车充/换电站提供充足的电力支撑，综合能源站可通过电池储能系统的充放电与电网进行互动；环站微能网可向综合能源站提供直流电力，同时综合能源站可向环站微能网提供热力供应；电动汽车充/换电站可从综合能源管线中获取交、直流电力，可为电动汽车提供充电和换电服务。

[0124] 为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

[0125] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0126] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0127] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0128] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0129] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。