直流UPS在數據中心的應用淺析

劉利臣

摘要：隨著國內數據中心機房的迅速發展，用戶對機房的供電要求越來越高，而在運的數據中心機房面臨著三大難題：一是作為機房供電的關鍵設備交流UPS故障頻發，增加了大量的維護工作，降低了數據中心供電的可靠性；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生，嚴重危害供電安全。本文針對此問題提出分析和建議。

關鍵詞：數據中心；220/380伏直流UPS；綠色安全供電

1 創新方案和系統結構

1.1 220/380伏直流UPS電源的產生環境

隨著電子行業和高壓直流供配電系統的高速發展，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、穩流元器件的性價比逐步提高。加之多路協同控制信號的精準性、穩定性的增強，為多整流器件并聯運行提供可靠保證，高壓整流由不可能變為可能，220/380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：數據中心的很多服務器機的內置電源，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UPS電源降壓、整流、升壓、逆變、整形等多個環節正定后由UPS電源提供220/380伏交流電電源。

（2）服務器內的電源情況：UPS電源提供的220伏交流電在機內進行整流，整定為220V或48V的直流電源，進行直流分壓穩壓處理，有一個或多個轉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、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）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數據機房的改革方向

2.1數據中心作為全球協作的特定設備網絡，用來在internet網絡基礎設施上傳遞、加速、展示、計算、存儲數據信息。它包括計算機系統、通信系統、存儲系統、服務器、光電轉換器等，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?，F在國內運行的低壓電網均是220/380伏交流電網，如果改為220/380伏直流UPS電源系統供電，可大大減少變配電環節所產生的危害，減少變配電環節所產生的無功損耗，由于儲能蓄電池組直接并接在直流配電系統，即可消除諧波危害又可減少斷電風險。因此，220/380伏直流UPS電源供電系統是數據中心機房下一步發展的一個方向。

2.2一般數據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在整個運行過程中的優勢，中國移動提供試點機房，采用的方案是：直流供電系統+直流服務器進行建設規劃，以此驗證整個系統的可靠性和效率，同時將制定移動集團企業標準，由某公司提供的336V直流UPS供電系統，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，截至目前運行穩定。

2012年，中國移動4項336V直流供電系統相關標準發布實施。同年12月，新型數據中心哈爾濱倉儲式機房項目336V直流電源系統投入運營。2014年，中國移動哈爾濱和呼和浩特數據中心規?；瘧?36V直流供電系統。2015年1月，工信部重點項目《336V開關型整流器》和《336V直流電源系統》行業標準報批。

4數據中心220/380伏直流UPS系統優勢

4.1提高了可靠度

隨著國內數據中心機房的迅速發展，數據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”的系統解決方案。

4.2減少維護成本

數據中心220/380伏直流系統采用模塊化設計，減少不必要的環節來減少故障點，電池與主機并聯供電，實現備用電源電池部分的最大效益，可預見非突發性故障，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

數據機房的運行成本中很重要的一環是效率問題，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。有專業人士認為：“數據機房因為耗電驚人，如只是租賃業務那將是虧錢的，主要還是依靠數據業務”。如果在整個供電系統中減少交流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，是實現綠色節能機房的重要一步。

5結論

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