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淺聊什么是高壓直流（HVDC）不間斷電源系統(tǒng)？
來源：www.djvod.com.cn 發(fā)布時間：2020年12月31日
盡管所有的市電都是交流，但是IT設(shè)備內(nèi)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(yè)采用直流48V供電已經(jīng)有幾十年的歷史，電力行業(yè)也長期采用直流220V作為斷路器等設(shè)備的操作和控制電源（直流屏）。
傳統(tǒng)UPS設(shè)備存在效率低、靠譜性差、靈活性和擴(kuò)展性差、故障后不易修復(fù)等問題，所以業(yè)內(nèi)一直在尋找替換UPS的方案。
現(xiàn)有主流的高壓直流供電系統(tǒng)圖，與通信行業(yè)48V直流系統(tǒng)架構(gòu)基本一致。與傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換在線式UPS系統(tǒng)的主要區(qū)別，是取消了逆變環(huán)節(jié)，蓄電池掛接在直流母線，與整流器并聯(lián)，同時為IT設(shè)備供電。由于直流電源拓?fù)浜唵?，因此故障率較UPS有所降低，因采用模塊化設(shè)計，可在線維護(hù)。
3.分布式不間斷電源系統(tǒng)
UPS或HVDC通常采用集中式供電方案，集中式系統(tǒng)的優(yōu)點是可以實現(xiàn)資源共享，降低成本，其缺點是系統(tǒng)故障范圍大，影響面廣。
UPS也有小型機(jī)分布式供電方案，但是多套分布式小型機(jī)系統(tǒng)與1套集中式大型UPS系統(tǒng)相比，小型機(jī)的數(shù)量多，故障點多，成本高，因此大中型數(shù)據(jù)中心不會采用分布式UPS系統(tǒng)。
盡管有如上問題，但是對于分布式不間斷電源系統(tǒng)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(tǒng)在IDC數(shù)據(jù)機(jī)房中的應(yīng)用。
谷歌是較早進(jìn)行服務(wù)器自研定制的互聯(lián)網(wǎng)公司，同時也較早放棄了集中式UPS電源方案，轉(zhuǎn)將蓄電池分布到每臺服務(wù)器電源直流12V輸出端。市電正常時，進(jìn)入服務(wù)器電源轉(zhuǎn)換成DC12V為服務(wù)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(lián)的蓄電池繼續(xù)給主板供電，直到柴油發(fā)電機(jī)啟動后回復(fù)交流供電。谷歌早期采用鉛酸電池供電，因服務(wù)器內(nèi)部高溫導(dǎo)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(yōu)點是大大簡化了IT設(shè)備前端供電系統(tǒng)，缺點是服務(wù)器電源需要深度定制。
Facebook自建數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)采用DC48V離線備用系統(tǒng)。為每6個9kW的機(jī)柜配置1個鉛酸蓄電池柜，輸出為DC48V，服務(wù)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(wù)器供電。蓄電池后備時間為45秒。此方案的系統(tǒng)效率與240VHVDCOffline方案及DC12V分布式系統(tǒng)相當(dāng)。
隨著業(yè)內(nèi)對數(shù)據(jù)中心能耗關(guān)注日益增強(qiáng)，國內(nèi)近幾年出現(xiàn)了一種新型的分布式DC240V電源設(shè)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(nèi)部鋰電池提供DC240V輸出。?這種方案的優(yōu)勢是IT設(shè)備無需定制，只要兼容DC240V供電即可。其缺點是電源內(nèi)部存在AC220V和DC240V的切換，系統(tǒng)靠譜性降低；鋰電池串聯(lián)數(shù)量多，單只電池故障會影響系統(tǒng)的靠譜性。從實際應(yīng)用效果看，某互聯(lián)網(wǎng)公司租用的數(shù)據(jù)中心一年中發(fā)生十幾起電源故障，證明此架構(gòu)還需完善。
4. 未來發(fā)展趨勢
過去，計算機(jī)作為一種非常嬌貴的設(shè)備，雙轉(zhuǎn)換在線式UPS消除了市電電能質(zhì)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(tǒng)靠譜性，UPS發(fā)展出主備供電、N+1冗余并機(jī)、雙總線、分布冗余等方案，相應(yīng)帶來的是成本和能耗的進(jìn)一步增加。
為了避免UPS設(shè)備故障率高的問題，國內(nèi)提出并已規(guī)模部署了直流240V電源系統(tǒng)，大部分IT設(shè)備可以直接兼容直流供電。
呈現(xiàn)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(zhì)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(shè)備的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代服務(wù)器快速部署、靈活擴(kuò)展的需要，不間斷電源設(shè)備正在從集中到分布。
三，未來數(shù)據(jù)中心供電發(fā)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(fā)展，由機(jī)房外集中式鉛酸電池向IT機(jī)柜內(nèi)分布式?。ㄤ嚕╇姵胤较虬l(fā)展，從化石能源向綠色能源方向發(fā)展。
傳統(tǒng)UPS設(shè)備存在效率低、靠譜性差、靈活性和擴(kuò)展性差、故障后不易修復(fù)等問題，所以業(yè)內(nèi)一直在尋找替換UPS的方案。
現(xiàn)有主流的高壓直流供電系統(tǒng)圖，與通信行業(yè)48V直流系統(tǒng)架構(gòu)基本一致。與傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換在線式UPS系統(tǒng)的主要區(qū)別，是取消了逆變環(huán)節(jié)，蓄電池掛接在直流母線，與整流器并聯(lián)，同時為IT設(shè)備供電。由于直流電源拓?fù)浜唵?，因此故障率較UPS有所降低，因采用模塊化設(shè)計，可在線維護(hù)。
3.分布式不間斷電源系統(tǒng)
UPS或HVDC通常采用集中式供電方案，集中式系統(tǒng)的優(yōu)點是可以實現(xiàn)資源共享，降低成本，其缺點是系統(tǒng)故障范圍大，影響面廣。
UPS也有小型機(jī)分布式供電方案，但是多套分布式小型機(jī)系統(tǒng)與1套集中式大型UPS系統(tǒng)相比，小型機(jī)的數(shù)量多，故障點多，成本高，因此大中型數(shù)據(jù)中心不會采用分布式UPS系統(tǒng)。
盡管有如上問題，但是對于分布式不間斷電源系統(tǒng)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(tǒng)在IDC數(shù)據(jù)機(jī)房中的應(yīng)用。
谷歌是較早進(jìn)行服務(wù)器自研定制的互聯(lián)網(wǎng)公司，同時也較早放棄了集中式UPS電源方案，轉(zhuǎn)將蓄電池分布到每臺服務(wù)器電源直流12V輸出端。市電正常時，進(jìn)入服務(wù)器電源轉(zhuǎn)換成DC12V為服務(wù)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(lián)的蓄電池繼續(xù)給主板供電，直到柴油發(fā)電機(jī)啟動后回復(fù)交流供電。谷歌早期采用鉛酸電池供電，因服務(wù)器內(nèi)部高溫導(dǎo)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(yōu)點是大大簡化了IT設(shè)備前端供電系統(tǒng)，缺點是服務(wù)器電源需要深度定制。
Facebook自建數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)采用DC48V離線備用系統(tǒng)。為每6個9kW的機(jī)柜配置1個鉛酸蓄電池柜，輸出為DC48V，服務(wù)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(wù)器供電。蓄電池后備時間為45秒。此方案的系統(tǒng)效率與240VHVDCOffline方案及DC12V分布式系統(tǒng)相當(dāng)。
隨著業(yè)內(nèi)對數(shù)據(jù)中心能耗關(guān)注日益增強(qiáng)，國內(nèi)近幾年出現(xiàn)了一種新型的分布式DC240V電源設(shè)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(nèi)部鋰電池提供DC240V輸出。?這種方案的優(yōu)勢是IT設(shè)備無需定制，只要兼容DC240V供電即可。其缺點是電源內(nèi)部存在AC220V和DC240V的切換，系統(tǒng)靠譜性降低；鋰電池串聯(lián)數(shù)量多，單只電池故障會影響系統(tǒng)的靠譜性。從實際應(yīng)用效果看，某互聯(lián)網(wǎng)公司租用的數(shù)據(jù)中心一年中發(fā)生十幾起電源故障，證明此架構(gòu)還需完善。
4. 未來發(fā)展趨勢
過去，計算機(jī)作為一種非常嬌貴的設(shè)備，雙轉(zhuǎn)換在線式UPS消除了市電電能質(zhì)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(tǒng)靠譜性，UPS發(fā)展出主備供電、N+1冗余并機(jī)、雙總線、分布冗余等方案，相應(yīng)帶來的是成本和能耗的進(jìn)一步增加。
為了避免UPS設(shè)備故障率高的問題，國內(nèi)提出并已規(guī)模部署了直流240V電源系統(tǒng)，大部分IT設(shè)備可以直接兼容直流供電。
呈現(xiàn)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(zhì)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(shè)備的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代服務(wù)器快速部署、靈活擴(kuò)展的需要，不間斷電源設(shè)備正在從集中到分布。
三，未來數(shù)據(jù)中心供電發(fā)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(fā)展，由機(jī)房外集中式鉛酸電池向IT機(jī)柜內(nèi)分布式?。ㄤ嚕╇姵胤较虬l(fā)展，從化石能源向綠色能源方向發(fā)展。
