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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）。
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。
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。
上一条：
分析福州不间断电源设备电磁兼容检测方案！
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关于数据中心UPS不间断电源系统架构介绍！
