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浅聊什么是高压直流(HVDC)不间断电源系统?
来源:www.fzyzdz.com 发布时间:2020年12月31日
   尽管所有的市电都是交流,但是IT设备内部都采用直流供电,这就为直流供电提供了可能。事实上,不间断电源通信行业采用直流48V供电已经有几十年的历史,电力行业也长期采用直流220V作为断路器等设备的操作和控制电源(直流屏)。
   

不间断电源


   传统UPS设备存在效率低、靠谱性差、灵活性和扩展性差、故障后不易修复等问题,所以业内一直在寻找替换UPS的方案。
   
   现有主流的高压直流供电系统图,与通信行业48V直流系统架构基本一致。与传统双转换在线式UPS系统的主要区别,是取消了逆变环节,蓄电池挂接在直流母线,与整流器并联,同时为IT设备供电。由于直流电源拓扑简单,因此故障率较UPS有所降低,因采用模块化设计,可在线维护。
   
   3.分布式不间断电源系统
   
   UPS或HVDC通常采用集中式供电方案,集中式系统的优点是可以实现资源共享,降低成本,其缺点是系统故障范围大,影响面广。
   
   UPS也有小型机分布式供电方案,但是多套分布式小型机系统与1套集中式大型UPS系统相比,小型机的数量多,故障点多,成本高,因此大中型数据中心不会采用分布式UPS系统。
   
   尽管有如上问题,但是对于分布式不间断电源系统的探索,从来没有停止过。谷歌和Facebook都在探索分布式不间断电源系统在IDC数据机房中的应用。
   
   谷歌是较早进行服务器自研定制的互联网公司,同时也较早放弃了集中式UPS电源方案,转将蓄电池分布到每台服务器电源直流12V输出端。市电正常时,进入服务器电源转换成DC12V为服务器主板供电,同时为蓄电池提供浮充电源,市电停电后,由DC12V母线并联的蓄电池继续给主板供电,直到柴油发电机启动后回复交流供电。谷歌早期采用铅酸电池供电,因服务器内部高温导致铅酸电池故障率高,后改为锂电池方案。蓄电池的后备时间为分钟级(通常为1-3分钟)。?此方案的优点是大大简化了IT设备前端供电系统,缺点是服务器电源需要深度定制。
   
   Facebook自建数据中心的供电系统采用DC48V离线备用系统。为每6个9kW的机柜配置1个铅酸蓄电池柜,输出为DC48V,服务器电源采用AC277V和DC48V双输入,市电正常时作为主用,市电中断后由蓄电池输出DC48V为服务器供电。蓄电池后备时间为45秒。此方案的系统效率与240VHVDCOffline方案及DC12V分布式系统相当。
   
   随着业内对数据中心能耗关注日益增强,国内近几年出现了一种新型的分布式DC240V电源设备,同样采用离线方案,市电正常时,直接输出市电电源,市电停电后,由内部锂电池提供DC240V输出。?这种方案的优势是IT设备无需定制,只要兼容DC240V供电即可。其缺点是电源内部存在AC220V和DC240V的切换,系统靠谱性降低;锂电池串联数量多,单只电池故障会影响系统的靠谱性。从实际应用效果看,某互联网公司租用的数据中心一年中发生十几起电源故障,证明此架构还需完善。
   
   4. 未来发展趋势
   
   过去,计算机作为一种非常娇贵的设备,双转换在线式UPS消除了市电电能质量问题,但带来了6-10%的电能损失以及其自身靠谱性低的问题。
   
   通过冗余可以提高系统靠谱性,UPS发展出主备供电、N+1冗余并机、双总线、分布冗余等方案,相应带来的是成本和能耗的进一步增加。
   
   为了避免UPS设备故障率高的问题,国内提出并已规模部署了直流240V电源系统,大部分IT设备可以直接兼容直流供电。
   
   呈现如下三种趋势:
   
   一,从在线到离线。UPS?ECO模式、DC48V电池备用、DC12V电池备用、DC240V电池备用等本质上都是将电源离线,从而降低电源成本和运行损耗。
   
   二,从集中到分布。随着锂电池等新型储能设备的发展以及大数据时代服务器快速部署、灵活扩展的需要,不间断电源设备正在从集中到分布。
   
   三,未来数据中心供电发展的整体趋势是由高压/集中式/交流大UPS向低压/分布式/直流小UPS方向发展,由机房外集中式铅酸电池向IT机柜内分布式小(锂)电池方向发展,从化石能源向绿色能源方向发展。