- $
淺聊什么是高壓直流（HVDC）不間斷電源系統？
來源：www.sjc5609.com 發布時間：2020年12月31日
盡管所有的市電都是交流，但是IT設備內部都采用直流供電，這就為直流供電提供了可能。事實上，不間斷電源通信行業采用直流48V供電已經有幾十年的歷史，電力行業也長期采用直流220V作為斷路器等設備的操作和控制電源（直流屏）。
傳統UPS設備存在效率低、靠譜性差、靈活性和擴展性差、故障后不易修復等問題，所以業內一直在尋找替換UPS的方案。
現有主流的高壓直流供電系統圖，與通信行業48V直流系統架構基本一致。與傳統雙轉換在線式UPS系統的主要區別，是取消了逆變環節，蓄電池掛接在直流母線，與整流器并聯，同時為IT設備供電。由于直流電源拓撲簡單，因此故障率較UPS有所降低，因采用模塊化設計，可在線維護。
3.分布式不間斷電源系統
UPS或HVDC通常采用集中式供電方案，集中式系統的優點是可以實現資源共享，降低成本，其缺點是系統故障范圍大，影響面廣。
UPS也有小型機分布式供電方案，但是多套分布式小型機系統與1套集中式大型UPS系統相比，小型機的數量多，故障點多，成本高，因此大中型數據中心不會采用分布式UPS系統。
盡管有如上問題，但是對于分布式不間斷電源系統的探索，從來沒有停止過。谷歌和Facebook都在探索分布式不間斷電源系統在IDC數據機房中的應用。
谷歌是較早進行服務器自研定制的互聯網公司，同時也較早放棄了集中式UPS電源方案，轉將蓄電池分布到每臺服務器電源直流12V輸出端。市電正常時，進入服務器電源轉換成DC12V為服務器主板供電，同時為蓄電池提供浮充電源，市電停電后，由DC12V母線并聯的蓄電池繼續給主板供電，直到柴油發電機啟動后回復交流供電。谷歌早期采用鉛酸電池供電，因服務器內部高溫導致鉛酸電池故障率高，后改為鋰電池方案。蓄電池的后備時間為分鐘級（通常為1-3分鐘）。?此方案的優點是大大簡化了IT設備前端供電系統，缺點是服務器電源需要深度定制。
Facebook自建數據中心的供電系統采用DC48V離線備用系統。為每6個9kW的機柜配置1個鉛酸蓄電池柜，輸出為DC48V，服務器電源采用AC277V和DC48V雙輸入，市電正常時作為主用，市電中斷后由蓄電池輸出DC48V為服務器供電。蓄電池后備時間為45秒。此方案的系統效率與240VHVDCOffline方案及DC12V分布式系統相當。
隨著業內對數據中心能耗關注日益增強，國內近幾年出現了一種新型的分布式DC240V電源設備，同樣采用離線方案，市電正常時，直接輸出市電電源，市電停電后，由內部鋰電池提供DC240V輸出。?這種方案的優勢是IT設備無需定制，只要兼容DC240V供電即可。其缺點是電源內部存在AC220V和DC240V的切換，系統靠譜性降低；鋰電池串聯數量多，單只電池故障會影響系統的靠譜性。從實際應用效果看，某互聯網公司租用的數據中心一年中發生十幾起電源故障，證明此架構還需完善。
4. 未來發展趨勢
過去，計算機作為一種非常嬌貴的設備，雙轉換在線式UPS消除了市電電能質量問題，但帶來了6-10%的電能損失以及其自身靠譜性低的問題。
通過冗余可以提高系統靠譜性，UPS發展出主備供電、N+1冗余并機、雙總線、分布冗余等方案，相應帶來的是成本和能耗的進一步增加。
為了避免UPS設備故障率高的問題，國內提出并已規模部署了直流240V電源系統，大部分IT設備可以直接兼容直流供電。
呈現如下三種趨勢：
一，從在線到離線。UPS?ECO模式、DC48V電池備用、DC12V電池備用、DC240V電池備用等本質上都是將電源離線，從而降低電源成本和運行損耗。
二，從集中到分布。隨著鋰電池等新型儲能設備的發展以及大數據時代服務器快速部署、靈活擴展的需要，不間斷電源設備正在從集中到分布。
三，未來數據中心供電發展的整體趨勢是由高壓/集中式/交流大UPS向低壓/分布式/直流小UPS方向發展，由機房外集中式鉛酸電池向IT機柜內分布式小（鋰）電池方向發展，從化石能源向綠色能源方向發展。
傳統UPS設備存在效率低、靠譜性差、靈活性和擴展性差、故障后不易修復等問題，所以業內一直在尋找替換UPS的方案。
現有主流的高壓直流供電系統圖，與通信行業48V直流系統架構基本一致。與傳統雙轉換在線式UPS系統的主要區別，是取消了逆變環節，蓄電池掛接在直流母線，與整流器并聯，同時為IT設備供電。由于直流電源拓撲簡單，因此故障率較UPS有所降低，因采用模塊化設計，可在線維護。
3.分布式不間斷電源系統
UPS或HVDC通常采用集中式供電方案，集中式系統的優點是可以實現資源共享，降低成本，其缺點是系統故障范圍大，影響面廣。
UPS也有小型機分布式供電方案，但是多套分布式小型機系統與1套集中式大型UPS系統相比，小型機的數量多，故障點多，成本高，因此大中型數據中心不會采用分布式UPS系統。
盡管有如上問題，但是對于分布式不間斷電源系統的探索，從來沒有停止過。谷歌和Facebook都在探索分布式不間斷電源系統在IDC數據機房中的應用。
谷歌是較早進行服務器自研定制的互聯網公司，同時也較早放棄了集中式UPS電源方案，轉將蓄電池分布到每臺服務器電源直流12V輸出端。市電正常時，進入服務器電源轉換成DC12V為服務器主板供電，同時為蓄電池提供浮充電源，市電停電后，由DC12V母線并聯的蓄電池繼續給主板供電，直到柴油發電機啟動后回復交流供電。谷歌早期采用鉛酸電池供電，因服務器內部高溫導致鉛酸電池故障率高，后改為鋰電池方案。蓄電池的后備時間為分鐘級（通常為1-3分鐘）。?此方案的優點是大大簡化了IT設備前端供電系統，缺點是服務器電源需要深度定制。
Facebook自建數據中心的供電系統采用DC48V離線備用系統。為每6個9kW的機柜配置1個鉛酸蓄電池柜，輸出為DC48V，服務器電源采用AC277V和DC48V雙輸入，市電正常時作為主用，市電中斷后由蓄電池輸出DC48V為服務器供電。蓄電池后備時間為45秒。此方案的系統效率與240VHVDCOffline方案及DC12V分布式系統相當。
隨著業內對數據中心能耗關注日益增強，國內近幾年出現了一種新型的分布式DC240V電源設備，同樣采用離線方案，市電正常時，直接輸出市電電源，市電停電后，由內部鋰電池提供DC240V輸出。?這種方案的優勢是IT設備無需定制，只要兼容DC240V供電即可。其缺點是電源內部存在AC220V和DC240V的切換，系統靠譜性降低；鋰電池串聯數量多，單只電池故障會影響系統的靠譜性。從實際應用效果看，某互聯網公司租用的數據中心一年中發生十幾起電源故障，證明此架構還需完善。
4. 未來發展趨勢
過去，計算機作為一種非常嬌貴的設備，雙轉換在線式UPS消除了市電電能質量問題，但帶來了6-10%的電能損失以及其自身靠譜性低的問題。
通過冗余可以提高系統靠譜性，UPS發展出主備供電、N+1冗余并機、雙總線、分布冗余等方案，相應帶來的是成本和能耗的進一步增加。
為了避免UPS設備故障率高的問題，國內提出并已規模部署了直流240V電源系統，大部分IT設備可以直接兼容直流供電。
呈現如下三種趨勢：
一，從在線到離線。UPS?ECO模式、DC48V電池備用、DC12V電池備用、DC240V電池備用等本質上都是將電源離線，從而降低電源成本和運行損耗。
二，從集中到分布。隨著鋰電池等新型儲能設備的發展以及大數據時代服務器快速部署、靈活擴展的需要，不間斷電源設備正在從集中到分布。
三，未來數據中心供電發展的整體趨勢是由高壓/集中式/交流大UPS向低壓/分布式/直流小UPS方向發展，由機房外集中式鉛酸電池向IT機柜內分布式小（鋰）電池方向發展，從化石能源向綠色能源方向發展。
上一條：
分析福州不間斷電源設備電磁兼容檢測方案！
下一條：
關于數據中心UPS不間斷電源系統架構介紹！
