數據中心機房中應用高壓直流UPS供電模式探討

趙暉

摘 要：數據處理與應用作為科技研究的前沿，其自動性和智能性對人們的生產生活起著十分重要的作用。同時，數據的安全與穩定，對數據處理的正確性十分關鍵，在硬件設備中，確保電路的暢通與供電的正常是電力系統穩定的基礎。高壓直流UPS供電模式是當今新的技術，也是未來數據中心電力系統依賴的主要技術，做好技術的研發與應用有很強的現實意義。

關鍵詞：數據中心機房;高壓直流UPS供電;創新;應用

隨著科學技術的發展，數據處理作為信息技術的基礎，數據處理水平與應用高度一直都影響著一個國家的整體生產力的發展水平。數據的處理在每時每刻都在進行，小到人們生活，大到國家生產，每一秒都在進行著大量的數據處理，尤其是智能化水平越來越高的今天，數據處理的速度就是人們生活的方便程度，是一個國家科技水平的體現。因此，確保數據中心機房的穩定與不間斷，是數據處理正常運轉、確保數據安全的前提，需要不斷的更新供電技術與硬件水平來實現。

1 高壓直流UPS供電系統技術的先進性

傳統的UPS供電系統，為交流供電系統，多應用于計算機信息設備，主要是將在主機電源處連接一塊續航時間較長的電池設備，將電路設備模塊化，能夠通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電，通過“交流-直流-交流”的變換才能供給服務器。起到穩壓、濾波、不間斷供電的作用，實現在外部斷電的情況下，能讓計算機設備不斷電正常工作一段時間，給所連接的計算機設備、計算機網絡系統，或其他支持UPS系統原理的電子設備提供穩定、不間斷的電力輸出。另外，UPS供電設備對電子設備的保護作用也很明顯，在供電時，能夠起到穩壓器和濾波器的作用，能夠穩定電壓，順暢供電，保證設備正常的工作。

高壓直流供電也是一種常見的供電方式，通常采用的是大功率遠距離直流輸電。輸電過程為直流。高壓直流UPS供電系統則是數據中心機房確保供電穩定的又一個新的方式，數據中心應用的高壓直流電池，利用了高壓直流電的大功率的特征，其包含了高壓直流供電與交流UPS供電方式的結合與轉化，提高了供電系統的兼容性，能夠兼顧UPS和-48V通信電源的優點，實現功能的互補，不需經過DC/AC轉換，可以迅速的隔離供電系統中故障的危險。相比于UPS供電方式，高壓直流UPS提高了數據中心供電系統負載供電的可靠性、經濟性和適應性。另外，高壓直流UPS供電系統比傳統的UPS供電系統與單純的高壓直流點供電在能耗上要低，在建設規模上與利用率上，能夠節省資源，提高利用率。

2 高壓直流UPS供電模式的應用原理

數據中心的高壓直流UPS供電系統要滿足中心的運營要求，重點在可靠性和穩定性上需要起到保障作用。主要分為幾個部分的工作。

1）整流模塊穩定功率。數據中心對電能的質量要求很高，電能質量對計算機設備的壽命與平穩運行影響很大，計算機設備是非線性負載，工作中造成電網諧波，需要通過濾波來實現供電功率的校正與穩定，以保證直流供電電源持續的高輸出。高壓直流UPS供電一般采用三項輸入，由前后兩級電路結構組成，前級電路進行功率因數校正整流電路，后級電路是直流降壓電路。這種模塊化的組成結構能夠將模塊之間形成并聯，采用降壓拓撲，進一步提高整流環節的效率。

2）電池模塊確保不間斷供電。電池模塊主要是保證在電路意外故障、臨時斷電的時候，確保數據中心設備能夠在一定時間內確保正常運行，或是留有數據備份的時間，確保數據不會丟失。高壓直流UPS供電儲能電池一般采用240V直流電源產品，同時其中增加電源監控設備，在電流不正常或是斷電的情況下，能夠及時通過電池供電補充備用。高壓直流UPS供電的電池模塊一般采用混合儲能的方式，隨著科技的發展，電池的功能也越來越強大，充分發揮功能存儲與能量存儲的優勢，有效的提高儲能裝置性能。能夠大大提高電池工作效率，延長電池壽命。

3）配電與絕緣檢測。數據中心直流供電包括交流配電和直流配電。交流配電將不同路市電分配置整流電源模塊。直流配電將整流電源通過斷路器、熔斷器等輸出到各服務器。絕緣檢測就是對數據處理設備與接地等絕緣防護方式進行實時的檢測，尤其是高壓直流電的應用，更加重視絕緣防護對人身和設備的安全保護。

3 高壓直流UPS供電的幾種模式

1）直流斷路器設置。高壓直流UPS供電重要的組成部分就是直流斷路器，主要是提高系統控制的靈活性與切斷故障時的電路不穩的影響。相比于交流電斷路器的應用，在高壓直流電的斷路器工作較為復雜。高壓直流電電壓在400V以下，電流容量在800A，因此直流斷路器要在低電壓下就實現較大電流的阻斷。一般使用混合式直流斷路器，目前的直流斷路器結合了電力電子開關與機械式開關結構，兼容直流、交流斷路器優點，使得斷路器工作流程更加符合實際，更能夠實現損耗小、壽命長的效果。

2）整流數字模型的建立。主要是通過對整流器的工作的需要，設計整流系統，實現合理的整流效果。一般運用APFC整流數學模型，即通過固定的運算公式，實現整流效果的最大化。在數字模型的研究上，還有很大的提升空間，尤其是數據中心的整流系統，需要更加精確與穩定，因此，要很據實際情況，建立有針對性的模型。

3）高壓直流UPS供電架構優化。高壓直流UPS供電是數據中心主要的應用方向，不間斷電源技術給數據中心提供了強大的技術支持，供電架構主要分為集中式與分散式兩種。集中式就是將儲電電池集中安置在一個固定的配電室，配電柜上，這是數據中心一般常用的方式。分散式則是考慮到數據傳輸與存儲的需要，在線路負荷中心以及較為可能出現電路不穩定的模塊出設置供電架構，保障供電正常與數據安全。

4 綠色數據中心的發展方向

高壓直流UPS供電系統的一大優點就是耗能較低，根據相關學者試驗比較，傳統的UPS 供電系統的使用成本要遠遠高于高壓直流供電系統。另外，傳統的UPS供電系統的建設規模要大于數據中心機房網絡設備的建設規模才能進一步提高UPS供電系統的安全性和可靠性，這樣就會導致 UPS供電系統資源的利用率大大降低，形成資源的嚴重浪費。隨著世界對數據運算和數據處理的要求越來越高，數據中心的硬件設備也逐漸向超級化靠攏，尤其是以前看似只用于科技研究的超級設備，運用于生產生活的腳步越來越近，使用低耗能的供電設備十分必要。因此，綠色概念引入數據中心的建設中，就必須要探索高壓直流UPS供電系統的有效合理的應用，以確保數據中心既能夠穩定安全，又環保、資源節約，節省運營成本。另外，加強高壓直流UPS供電系統的模型設計也是提高資源利用，提高供電設備使用效率的關鍵。要趕上時代發展的腳步，適應當前數據處理越來越精密的要求，就要設計好一個既安全可靠，又智能合理的系統模型，需要設計者不斷的研究實踐。

綜上所述，高壓直流UPS供電系統在數據中心的應用中起到了非常重要的作用，尤其是未來電力系統與基礎配套設施的發展以及綠色環保的要求來看，發展高壓直流UPS供電需要加快進度，跟上時代的要求。另外，要設計好數據中心的供電系統，要求有更加強大的知識儲備，要有不斷的實踐與推斷相結合，從實際出發，從全局出發，不斷的提高數據中心的供電系統的安全保障與輸出順暢。

參考文獻

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