在国家大数据战略规划下，数据中心建设规模不断扩大，并逐步形成了数字经济发展的庞大市场。随着需求的持续增长和架构的愈加复杂，数据中心行业在供电可靠性等方面面临更多新的挑战，供电持续运行仍然是数据中心面临的最大挑战之一。在数据中心采用智能和可靠的中压电源投切管理系统，可以有效提高供电的连续性。
数据中心的中压配电柜一般分布在动力楼和数据楼，柴发机组并机母线段分布在动力楼，市电-柴发母线段分布在数据中心楼。为了确保供电可靠性，市电-柴发段和柴发机组母线段分别设置了电源投切系统和柴发机组母线并机系统，实现了各种复杂逻辑场景的切换。
最典型的设计方案是以硬接线可编程逻辑控制器为核心控制器，分别设计市电-柴发母线段切换系统和柴发机组母线段并机系统，见图1。
以华东某数据中心项目为例，市电-柴发切换系统母线含市电进线A/B、柴发进线A/B、母联及10台出线回路，采用冗余设计。同项目下，柴发机组母线并机系统母线含8台进线、2台出线，除冗余设计外，需额外接入8台机组的控制器信号。
两系统均将开关位置/跳闸信号(并机系统含机组控制器信号)接入PLC开入模块，电流电压信号接入模拟量模块，PLC输出信号经中间继电器扩展后控制断路器分合闸。因外部接线均超300根(并机系统超350根),且需附加PLC模块及继电器，故各设计2台600 mm×600 mm×2 200 mm的控制柜。
市电-柴发投切系统和柴发母线并机主控系统通过上述PLC硬接线方案和逻辑编程，可以实现相关的复杂场景，是数据中心配电典型的应用方案。但在实际应用部署中，该PLC硬接线方式存在占地面积大、调试周期长、系统不稳定、故障定位差、扩展改造难度大等明显缺点。
GOOSE是IEC61850中一种重要的快速报文传输机制，用于传输智能电子设备(Intelligent Electronic Device, IED)之间重要的实时性信号。随着IEC61850通信协议的应用和推广，部分厂家开始尝试使用带GOOSE通信的保护装置实现市电-柴发的投切逻辑。这种方式通过少量网线替代大量硬接线，大幅简化了变电站二次电缆接线，提升了设计的标准化水平与调试的灵活性。
这种带GOOSE通信的保护装置虽然可以实现市电-柴发的投切逻辑，但在实际应用中存在明显的缺点。
(1)继电保护最重要的功能是保护功能，其编程处理能力低于PLC。对于复杂的逻辑场景，厂家需要将逻辑分散到不同装置中，实现完全冗余的难度较大，不利于统一编程和后续维护。
(2)由于软硬件限制，继电保护装置GOOSE发送数量受到限制，逻辑编程时连接IED的数量有限。
(3)继电保护内部出现故障的概率高于使用静态电子元器件的PLC本体，降低了系统的稳定性。
目前，对于数据中心项目，大多数厂家采用硬接线PLC搭建市电-柴发切换系统和柴发机组母线并机系统，部分厂家使用带GOOSE功能的保护装置搭建市电-柴发切换系统。这两种方案都存在固有缺陷。
近几年，随着IEC61850的普及，市场上出现了一些可以支持IEC61850 GOOSE功能的高性能PLC。本文以GOOSE PLC为核心逻辑控制器，通过PLC和继电保护的GOOSE通信，结合高度冗余的组网技术实现高效、可靠的电源管理。
高性能GOOSE PLC结合了传统硬接线PLC和GOOSE保护装置的优点，同时避免了这两种方案的缺陷：逻辑编程处理能力和支持GOOSE信号的数量都远远大于继电保护装置，故障率低，没有大量硬接线带来的EMC及维护问题，部署调试周期短。
HSR(High-availability Seamless Redundancy)和PRP(Parallel Redundancy Protocol)是高可靠性无缝冗余协议，支持在通信故障时实现0 ms网络恢复，可确保主备系统无延时切换，从而提高配电的稳定性。为实现高度的冗余，可以将GOOSE PLC和继电保护通过网线或光纤连接至交换机，组成图2的HSR或PRP网络。其中，HSR网络现场布线工程量最小，同时可以提供可靠的冗余方案。
新型电源管理方案除了可以实现传统的各种复杂切换场景，还可以利用GOOSE PLC的特点实现更多扩展功能。
某大型数据中心园区包含多个市电-柴发母线段和柴发机组母线段。传统方案在各个母线段设置独立的电源管理系统，相互独立运行。运用新一代电源管理系统后，可以通过GOOSE PLC强大的逻辑处理能力和通信能力，实现园区各子系统关键信息毫秒级快速共享，实现各柴发机组并机段和市电-柴发段更加合理的配合和精准启动，实现节能减排的经济效益和社会效益。
中压和低压分别设置自动转换开关(Automatic Transfer Switch, ATS)时，需要设置时差。中压ATS优先投切，同时为躲过出线柜的逐级投切，低压ATS的启动延时较长，只能通过不间断电源暂时为重要负荷供电。通过PLC实现中低压GOOSE通信组网后，中压ATS启动时发出GOOSE闭锁低压ATS的信号，替代时差设置，提高低压ATS动作的灵敏性。
数据中心要求实现完备的电气联锁，常规方案需要硬接线连接，设计繁琐；利用新的电源管理方案，通过PLC GOOSE通信，可以快速实现以上联锁逻辑。PLC逻辑运算后，通过发送GOOSE信号给五大开关的保护装置，利用继电保护装置的开出节点信号实现合闸闭锁。
新型电源管理系统IEC61850 PLC快速收集大量信号后，可以将信号快速共享给管理系统的人机界面，提供更加便捷的运维体验。
本文详细介绍了传统电源管理的实现方式和优缺点，提出了一种新的电源管理架构。通过高性能PLC和继电保护装置的GOOSE通信，配合高度冗余的组网方式，为下一代电源管理系统的普及提供了新思路。新的设计方案较好地满足了数据中心用户对提升设备可靠性、加快建设速度、降低电能消耗、提高空间使用率的需求。
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