直流UPS在數(shù)據(jù)中心的應用淺析

劉利臣

摘要：隨著國內(nèi)數(shù)據(jù)中心機房的迅速發(fā)展，用戶對機房的供電要求越來越高，而在運的數(shù)據(jù)中心機房面臨著三大難題：一是作為機房供電的關(guān)鍵設備交流UPS故障頻發(fā)，增加了大量的維護工作，降低了數(shù)據(jù)中心供電的可靠性；二是機房的無功損耗驚人，如何建設綠色機房令人關(guān)注；三是電力諧波危害很大，導致供配電設備過熱、電器器件損壞的故障時有發(fā)生，嚴重危害供電安全。本文針對此問題提出分析和建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；220/380伏直流UPS；綠色安全供電

1 創(chuàng)新方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 220/380伏直流UPS電源的產(chǎn)生環(huán)境

隨著電子行業(yè)和高壓直流供配電系統(tǒng)的高速發(fā)展，電阻、電感、電容、半導體整流元件等電子器件的精密度不斷提升，絕緣強度穩(wěn)步增長，承載電流不斷增大，漏電流迅速減小，制造成本逐年下降，高壓整流、穩(wěn)流元器件的性價比逐步提高。加之多路協(xié)同控制信號的精準性、穩(wěn)定性的增強，為多整流器件并聯(lián)運行提供可靠保證，高壓整流由不可能變?yōu)榭赡埽?20/380伏直流UPS電源應運而生。

1.2 220/380伏直流UPS電源的簡單應用

（1）信息設備服務器的供給電源情況：數(shù)據(jù)中心的很多服務器機的內(nèi)置電源，是由三相380伏市電交流電電源和儲能蓄電池組的直流電源，經(jīng)UPS電源降壓、整流、升壓、逆變、整形等多個環(huán)節(jié)正定后由UPS電源提供220/380伏交流電電源。

（2）服務器內(nèi)的電源情況：UPS電源提供的220伏交流電在機內(nèi)進行整流，整定為220V或48V的直流電源，進行直流分壓穩(wěn)壓處理，有一個或多個轉(zhuǎn)換器滿足多級電壓輸出，用于各個支路、分路的不同電壓等級的負載。

（3）220/380伏直流UPS電源，對于220伏交流輸入，且直接整流的計算機系統(tǒng)、服務器、光端機等其他與之配套的設備（例如通信和存儲系統(tǒng)）可直接跨接使用，不需要進行升級改造。

（4）220/380伏直流UPS電源遠端應用，對于核心機房偏僻的外圍設備，可采用直流220伏直流電源與信號線并行遠端供電，其效果是：相對于低壓直流電源輸送距離遠，投入小，性價比高。相對于市電220V電源相互干擾小，線路損耗小，電擊電傷的概率大大降低。

2數(shù)據(jù)機房的改革方向

2.1數(shù)據(jù)中心作為全球協(xié)作的特定設備網(wǎng)絡，用來在internet網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施上傳遞、加速、展示、計算、存儲數(shù)據(jù)信息。它包括計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、服務器、光電轉(zhuǎn)換器等，其電源電壓等級無外乎直流48伏系列、直流24伏系列、直流12伏系列，及交流220伏等。現(xiàn)在國內(nèi)運行的低壓電網(wǎng)均是220/380伏交流電網(wǎng)，如果改為220/380伏直流UPS電源系統(tǒng)供電，可大大減少變配電環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的危害，減少變配電環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的無功損耗，由于儲能蓄電池組直接并接在直流配電系統(tǒng)，即可消除諧波危害又可減少斷電風險。因此，220/380伏直流UPS電源供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心機房下一步發(fā)展的一個方向。

2.2一般數(shù)據(jù)信息中心機房的配電方框圖如圖4。

3方案試行

為驗證直流供電系統(tǒng)在整個運行過程中的優(yōu)勢，中國移動提供試點機房，采用的方案是：直流供電系統(tǒng)+直流服務器進行建設規(guī)劃，以此驗證整個系統(tǒng)的可靠性和效率，同時將制定移動集團企業(yè)標準，由某公司提供的336V直流UPS供電系統(tǒng)，已于2010年4月在中國移動深圳羅湖機房投入運行，并加載了浪潮的直流服務器，截至目前運行穩(wěn)定。

2012年，中國移動4項336V直流供電系統(tǒng)相關(guān)標準發(fā)布實施。同年12月，新型數(shù)據(jù)中心哈爾濱倉儲式機房項目336V直流電源系統(tǒng)投入運營。2014年，中國移動哈爾濱和呼和浩特數(shù)據(jù)中心規(guī)模化應用336V直流供電系統(tǒng)。2015年1月，工信部重點項目《336V開關(guān)型整流器》和《336V直流電源系統(tǒng)》行業(yè)標準報批。

4數(shù)據(jù)中心220/380伏直流UPS系統(tǒng)優(yōu)勢

4.1提高了可靠度

隨著國內(nèi)數(shù)據(jù)中心機房的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)機房依托無單點故障路徑的設計理念，以簡單可靠的原則，帶給客戶一個可以“安心睡覺”的系統(tǒng)解決方案。

4.2減少維護成本

數(shù)據(jù)中心220/380伏直流系統(tǒng)采用模塊化設計，減少不必要的環(huán)節(jié)來減少故障點，電池與主機并聯(lián)供電，實現(xiàn)備用電源電池部分的最大效益，可預見非突發(fā)性故障，可以有計劃地進行故障處理，大大減少維護成本，提升了客戶的營運能力。

4.3減少運行成本

數(shù)據(jù)機房的運行成本中很重要的一環(huán)是效率問題，本身主設備的無功損耗就相當驚人，再加上供電設備的無功損耗，就更加驚人。有專業(yè)人士認為：“數(shù)據(jù)機房因為耗電驚人，如只是租賃業(yè)務那將是虧錢的，主要還是依靠數(shù)據(jù)業(yè)務”。如果在整個供電系統(tǒng)中減少交流UPS電源的DC/AC部分，以及服務器的AD/DC部分，將使整個系統(tǒng)效率提升10%。同時本身模塊的利用率高，提升效率96%以上，是實現(xiàn)綠色節(jié)能機房的重要一步。

5結(jié)論

目前220/380伏直流UPS的系統(tǒng)方案在市場上還是新生兒，處于成長階段，隨著國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的建設和應用逐步推廣，220/380伏直流UPS的方案與傳統(tǒng)UPS方案比較優(yōu)勢明顯，筆者相信以后會出現(xiàn)也來越多的應用案例，是不間斷電源在數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢。