直流UPS在数据中心的应用浅析

刘利臣

摘要：随着国内数据中心机房的迅速发展，用户对机房的供电要求越来越高，而在运的数据中心机房面临着三大难题：一是作为机房供电的关键设备交流UPS故障频发，增加了大量的维护工作，降低了数据中心供电的可靠性；二是机房的无功损耗惊人，如何建设绿色机房令人关注；三是电力谐波危害很大，导致供配电设备过热、电器器件损坏的故障时有发生，严重危害供电安全。本文针对此问题提出分析和建议。

关键词：数据中心；220/380伏直流UPS；绿色安全供电

1 创新方案和系统结构

1.1 220/380伏直流UPS电源的产生环境

随着电子行业和高压直流供配电系统的高速发展，电阻、电感、电容、半导体整流元件等电子器件的精密度不断提升，绝缘强度稳步增长，承载电流不断增大，漏电流迅速减小，制造成本逐年下降，高压整流、稳流元器件的性价比逐步提高。加之多路协同控制信号的精准性、稳定性的增强，为多整流器件并联运行提供可靠保证，高压整流由不可能变为可能，220/380伏直流UPS电源应运而生。

1.2 220/380伏直流UPS電源的简单应用

（1）信息设备服务器的供给电源情况：数据中心的很多服务器机的内置电源，是由三相380伏市电交流电电源和储能蓄电池组的直流电源，经UPS电源降压、整流、升压、逆变、整形等多个环节正定后由UPS电源提供220/380伏交流电电源。

（2）服务器内的电源情况：UPS电源提供的220伏交流电在机内进行整流，整定为220V或48V的直流电源，进行直流分压稳压处理，有一个或多个转换器满足多级电压输出，用于各个支路、分路的不同电压等级的负载。

（3）220/380伏直流UPS电源，对于220伏交流输入，且直接整流的计算机系统、服务器、光端机等其他与之配套的设备（例如通信和存储系统）可直接跨接使用，不需要进行升级改造。

（4）220/380伏直流UPS电源远端应用，对于核心机房偏僻的外围设备，可采用直流220伏直流电源与信号线并行远端供电，其效果是：相对于低压直流电源输送距离远，投入小，性价比高。相对于市电220V电源相互干扰小，线路损耗小，电击电伤的概率大大降低。

2数据机房的改革方向

2.1数据中心作为全球协作的特定设备网络，用来在internet网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。它包括计算机系统、通信系统、存储系统、服务器、光电转换器等，其电源电压等级无外乎直流48伏系列、直流24伏系列、直流12伏系列，及交流220伏等。现在国内运行的低压电网均是220/380伏交流电网，如果改为220/380伏直流UPS电源系统供电，可大大减少变配电环节所产生的危害，减少变配电环节所产生的无功损耗，由于储能蓄电池组直接并接在直流配电系统，即可消除谐波危害又可减少断电风险。因此，220/380伏直流UPS电源供电系统是数据中心机房下一步发展的一个方向。

2.2一般数据信息中心机房的配电方框图如图4。

3方案试行

为验证直流供电系统在整个运行过程中的优势，中国移动提供试点机房，采用的方案是：直流供电系统+直流服务器进行建设规划，以此验证整个系统的可靠性和效率，同时将制定移动集团企业标准，由某公司提供的336V直流UPS供电系统，已于2010年4月在中国移动深圳罗湖机房投入运行，并加载了浪潮的直流服务器，截至目前运行稳定。

2012年，中国移动4项336V直流供电系统相关标准发布实施。同年12月，新型数据中心哈尔滨仓储式机房项目336V直流电源系统投入运营。2014年，中国移动哈尔滨和呼和浩特数据中心规模化应用336V直流供电系统。2015年1月，工信部重点项目《336V开关型整流器》和《336V直流电源系统》行业标准报批。

4数据中心220/380伏直流UPS系统优势

4.1提高了可靠度

随着国内数据中心机房的迅速发展，数据机房依托无单点故障路径的设计理念，以简单可靠的原则，带给客户一个可以“安心睡觉”的系统解决方案。

4.2减少维护成本

数据中心220/380伏直流系统采用模块化设计，减少不必要的环节来减少故障点，电池与主机并联供电，实现备用电源电池部分的最大效益，可预见非突发性故障，可以有计划地进行故障处理，大大减少维护成本，提升了客户的营运能力。

4.3减少运行成本

数据机房的运行成本中很重要的一环是效率问题，本身主设备的无功损耗就相当惊人，再加上供电设备的无功损耗，就更加惊人。有专业人士认为：“数据机房因为耗电惊人，如只是租赁业务那将是亏钱的，主要还是依靠数据业务”。如果在整个供电系统中减少交流UPS电源的DC/AC部分，以及服务器的AD/DC部分，将使整个系统效率提升10%。同时本身模块的利用率高，提升效率96%以上，是实现绿色节能机房的重要一步。

5结论

目前220/380伏直流UPS的系统方案在市场上还是新生儿，处于成长阶段，随着国内数据中心的建设和应用逐步推广，220/380伏直流UPS的方案与传统UPS方案比较优势明显，笔者相信以后会出现也来越多的应用案例，是不间断电源在数据中心的发展趋势。