240V直流系统和模块化UPS在数据中心的应用对比分析

山西信息规划设计院有限公司 张 钰

厦门大学物理与机电工程学院电子科学系 胡靖敏

大部分的数据中心服务器在供电的时候够都是选择不间断电源系统。交流UPS主要是有后备蓄电池以及传统塔式UPS等共同组成的，其有效地保障了数据中心的飞速发展。然而，在节能减排工作不断推行、业务需求和网络设备具有越来越高的供电系统安全性要求的今天，交流UPS出现了越来越多的弊端，比如较低的工作效率、较难的扩容和维护、较大的初期投资、较低的可靠性等一系列的问题。为了能够有效的解决这些问题，数据中心中开始广泛地运用到了模块化UPS和240V直流系统。有鉴于这两种系统的重要作用，本文对模块化UPS和240V 直流系统在数据中心中的应用进行了对比和分析。

1 模块化UPS和240V直流系统概述

首先，模块化UPS主要的组成部分为蓄电池组、显示通信模块、静态开关模块、可插拔功率模块等共同组成，这些模块能够将UPS基本功能完成。功率模块具有以往UPS的整流充电逆变功能，全部功率模块在工作的时候都是采用并联的工作方式，其能够将系统的负载平均的负担起来，如果其中的一个模块出现故障，那么负载就会被剩余模块均分；处于过载时UPS的共用供电通道就是静态开关模块；负责上联网络监控平台以及集中数据显示的主要是显示通信模块[1]。

其次，240V直流供电系统与传统的48V供电系统具有相类似的地方，其包括多个并联冗余的蓄电池组和整流模块。市电电源在正常的情况下会被整流模块转换成为240V直流电源，并且向服务器供电，同时还会对蓄电池进行充电，一旦市电停电，这时候就采用电池放电的方式进行供电。

2 模块化UPS和240V直流系统的不同

模块化UPS和240V直流系统属于两种不同的交直流供电制式，其在数据中心应用的时候，具有比较显著的差异，这些差异主要包括以下几个方面。

首先是用户接收度和负载适应性的差异：尽管现在交换机生产厂商和服务器生产厂商均要求采用交流供电输入的方式，然而通过对我国电信范围内近几年的应用实践的分析，我们可以发现，目前在240V直流供电环境中大约有9/10的IT负载都能够适用。而通过检测在240V直流系统中不适用的IT设备电源模块，我们可以发现，之所以导致不适用的情况，大部分是由于有检测结果输入电源频率的电路存在于电源模块内部，因此如果引导IT设备厂商，使其能够保证频率检测电路不包含在电源模块中，这样就能够使IT设备的适用率得以大幅度提升。通过对用户接受数据中心托管服务器的程度进行分析，我们可以发现240V直流供电环境是互联网企业普遍能够接受的，而其他的用户因为并没有充分的了解240V直流系统，因此除了会对IT设备的适用性产生顾虑之外，同时还在一定程度上担忧服务器在直流环境工作下运行的寿命和稳定性，因此还是希望由UPS将交流电源环境提供出来[2]。

其次是供电系统的可用度：通过分析单套电源设备的工作原理，我们可以发现，在电源设备的输出端并接了240V直流系统的电池，而模块化UPS中UPS设备则隔离了其电池和负载，所以在系统中仍然具有单点故障。相对于单套模块化UPS而言，单套240V电源设备具有明显要高的可靠性。通过双总线的方式两套模块化UPS将供电系统组成，然后向负载供电，这样就会具备更高的可维修性和可靠性，其具有与240V直流系统相同的可靠性。所以如果选择模块化UPS双总线供电模式或者240V直流系统作为数据中心重要核心设备的供电方式则具有较高的可靠性[3]。

最后是供电系统全生命周期总成本：设备维护成本、运行能耗成本、建设成本等共同构成了供电系统的全生命周期总成本。通过对工程建设投资进行分析，我们可以发现，单套模块化UPS和单套240V直流系统如果具有相近的供电能力，那么包括电缆、服务器、交直流机、配电设备、电源设备等所有的工程材料在内的总投资额相差不大。通过对运行能耗成本进行分析，我们可以发现，模块化UPS和240V直流系统如果具有相近的工作效率，那么也会具有相近的制冷设备能量消耗和电源设备自身能耗。通过对设备的维护成本进行分析，我们可以发现，故障模块的整体更换费用是其中影响较大的部分，通过比较两者的工作稳定性和产品成熟度，相对于240V整流模块而言，模块化UPS的功率模块要略低，因此其具有相对较高的维护成本。在数据中心中模块化UPS和240V直流设备的成熟产品具有普遍不超过4-5年的应用实践，而且需要进一步观察设备有效使用年限。如果两者具有大致相同的生命周期和供电能力，那么两者在全生命周期中大约具有相同的总成本。如果为了使供电系统的可用度得以提升，选择双总线的模块化UPS，这时候电源设备就会具有增加一倍的维护成本和建设投资。如果电源设备具有10年的有效使用年限，那么在10年之内由于故障的原因需要对50%以上的UPS功率模块和240V整流模块进行更换，这时候相对于240V直流系统而言，双总线模块化UPS供电系统具有高出15%—25%全生命周期总成本。

3 模块化UPS和240V直流系统的共同点

与传统的塔式UPS比较起来，模块化UPS和240V直流系统都选择了模块化结构的供电思路，因此其具有以下几个方面的共同优势：首先，在确定系统终期容量之后，UPS功率模块和240V整流模块都能够在负载逐步增长的情况下而一直扩展，因此无需在建设初期以计划容量为根据将整体容量一次投入进去[4]。其次，因为UPS功率模块和240V整流模块要以需要为根据进行配置，因此系统在机房的不同发展阶段都要在较高负载率段工作。相关测试表明，负载率为30%时，大多数厂商的模块化UPS和高压直流设备都能够达到91%以上的工作效率，而且在进一步提升负载率的情况下，其会具有高达94%—95%的工作效率。最后，在故障维修方面，模块化UPS和240V直流系统的主要维修手段就是对整个故障模块进行更换，而且功率模块和整流模块都能够支持热插拔，不需要使设备处于停机的状态就可以实施修复。

4 结语

在数据中心模块化UPS和240V直流系统与传统的塔式UPS比较起来具有较短应用时间，现在很多生产厂商都在对电源设备的性能进行不断的完善，IT设备生产厂商同时也正在对IT设备电源模块对供电电源的要求和性能进行完善，因此我们认为，模块化配置的电源设备在数据中心的应用属于一个大趋势。因为模块化UPS和240V直流系统具有各自不同的特点，因此在很长的一段时间内必将共存。数据中心必须要对这两种供电系统的运行经验进行不断的总结，从而能够将合适的供电系统选择出来，并且不断地提升供电系统的可维护性、经济性和安全性。

[1]孙文波,侯福平.浅析240V直流系统绝缘监察装置的原理及应用[J].通信电源技术,2012(S1).

[2]马海霞,李传文.直流系统环网故障的判断及查找案例分析[J].电子制作,2014(9).

[3]张亚妮.电厂直流系统的运行与故障处理[J].无线互联科技,2013(10).

[4]赵萍.浅析电厂直流系统更新改造[J].电脑知识与技术,2013(6).