高压直流供电系统取代UPS 供电系统研究

杨飞

（南京基石数据技术有限责任公司 江苏南京 210000）

随着科学技术水平的不断提高，人们对于更加智能化的科技生活的追求不断提升，通信服务行业的社会关注度也越来越高。目前作为数据中心建设工作的重中之重就是能够保障通信系统的正常运行，即完善数据中心的供电系统[1]。作为数据中心的技术关键点，如何建设出结构简单、成本低、运行可靠、维护方便的供电系统，是所有数据中心技术人员一直以来的工作方向。近年以来，作为新时代绿色健康供电方式，高压直流供电系统的应用越来越广泛，甚至逐渐取代了UPS 供电系统。

1 数据中心内高压直流供电的特点

近年来，数据中心因其功耗巨大的特点，使技术的重心再一次落在了供电系统上。一个完整的电力系统是怎样的呢？例如发电机是电源，供应电能；电灯、电动机、电炉等是负载，它们分别把电能转换为光能、机械能、热能；变压器和输电线是中间环节，传输和分配电能。供电系统使整个电力系统的动力来源，是其他部分安全运行的基础保障。作为现在应用最为广泛的高压直流供电系统具有以下特点：

1.1 高压直流供电的优点

1.1.1 有利于降低成本和损耗

当远距离大功率输电下，高压直流供电系统中，只需1 根（单极）或2根（双极）导线。传统输电需要架空线路通常采用3 根导线，这样一来提高了成本，同时造成浪费资源。所以，使用高压直流供电系统进行供电有以下两个优点：①使用高压直流供电系统供电可以尽量避免输电材料、运输费用和安装费用浪费的现象；②在数据中心这样一个电量复合要求较大的地方，高压直流供电系统的使用可以减少有效功率的损耗，同时可以减小无线电干扰现象的发生[2]。这样一来，在供电过程中电路损耗小，能源利用实现最大化。在功耗巨大的数据中心，本来就因其供电系统整体规模和系统复杂的特点，建设成本逐渐上升。所以，在数据中心内使用高压直流供电系统，既有利于降低投资成本，又能有效避免损耗和资源浪费。

1.1.2 稳定性好、限制短路

使用高压直流供电系统进行数据中心的供电时，具有不受输电距离限制的优点。直流供电系统中的线路构成是直流电路连接方式，直流电路与交流电路相比，具有无电抗、稳定性好的优点，而且采用交流输电系统供电需要保证发电机与电力系统的同步性，一旦出现不同步的情况就会造成供电系统不稳定，供电效果大打折扣。同时，传统供电系统是采用交流供电系统的，而交流供电系统中线路的构成是以交流电路连接方式，交流电路中短路电流过大。而在使用高压直流供电系统供电时，可以有效限制电路短路电流。

1.1.3 运行高效、可靠性高

高压直流供电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率。在其他的供电方式中，不是通过晶闸管换流器，无法实现快速调节有功功率，进而提升供电效率。同时，高压直流供电中，通过采用双极线路还可以提高运行的可靠性。比如双极线路中当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，大大提高了运行的可靠性。

1.2 高压直流供电的缺点

1.2.1 缺乏合适的直流断路器

高压直流供电系统应用的同时也面临着一个现状，就是目前市场上针对数据中心高压直流供电系统运用的直流断路器还是比较少。目前来看，由于数据中心采用高压直流供电系统，时间不够长，技术水平还不够成熟，有针对性的、性能好的直流断路器还需要进一步开发。

1.2.2 换流设备成本高

虽然高压直流供电通过晶闸管换流器能够实现方便、快速地调节有功功率，但是在带来方便的同时也带来一些隐患，比如在实现换流时需要大量的无功补偿，这样一来造成换流装置成本升高，而且大量的无功补偿导致能源的浪费。换流设备成本提高，对于供电系统投资比重大带来负担的情况只会愈演愈烈。

1.2.3 大地回路带来技术隐患

在高压供电系统中采用的双极线路，提高运行的可靠性，为稳定供电提供了保证。但是，其中以大地作为回路，在具体实施时带来了技术上的问题，缺少可靠的技术支持，避免隐患。

2 高压直流供电系统的应用及限制条件

日常生活中，电能对劳动生产率的提高和社会生产力的发展起着巨大的作用。通过前文的分析，在科学技术高度发展的今天使用高压直流供电系统供电是大势所趋。那么依据高压直流供电系统的供电特点，在实际生活中有哪些应用？应用过程中又有哪些限制条件？下文将进行具体说明。

2.1 应用于远距离大功率输电

在需要远距离大功率输电时，应用高压直流供电系统实现高效、稳定供电。因为高压直流供电的控制系统响应快速，易于调节，同时可以有效地限制短路电流，使其基本保持稳定。交流电力系统互联或配电网增容时，直流输电可以作为限制短路电流的措施。限制条件就是高压直流供电只能实现端口对端口，所以在应用高压直流供电时，注意分区调度管理输电网络。

2.2 应用于海底电缆输电

应用高压直流供电系统进行海底电缆输电时，直流供电系统中的线路构成是直流线路连接方式，而这种直流电路连接通常是采用两根有色金属和绝缘材料的心线，相比需要三根的交流电路，在应用于海底电缆输电时具有允许工作电压高、电阻损耗小的优势。限制条件是可控的硅元件的过载能量较低，同时应用大地和海水作为回路时，对地面或海底

的金属设施因产生的回流电流容易造成腐蚀。

3 未来前景

在被人们应用于日常生活的众多能源中，最便于电能是最符合人类社会对于能源便利性的需要的，因为电能利用到生产生活的各个方面，能达到便捷、高效的效果。实现电信号与数字线号之间转化，灵活生产过程中的每一个步骤，甚至实现高度自动化，节省人力和时间成本，提高生产效率。同时，巨大的用电容量给数据中心建设和运营都带来了巨大的压力，建设安全可靠、运行高效和节能环保的供电系统是十分重要的。在未来高压直流供电系统将进一步被大众所认可，获得更加广泛的应用。同时，针对高压直流供电系统存在的缺点，以及在应用高压直流供电出现的限制条件，在未来也是我们技术攻坚的重点，也必然会引发电能传输划时代的变革。

4 结语

未来必将是绿色、健康、可持续的未来，而作为耗电量巨大的数据中心来说，他的技术关键也是绿色、健康、可持续的供电。通过高压直流供电系统取代USP 供电系统的研究，在数据中心内使用高压直流供电，可以实现安全高效供电，同时降低输电成本和功率损耗，是建设绿色健康可持续供电体系的必然选择。