采用高壓直流供電系統(tǒng)向IDC設(shè)備供電，以低投資、高可靠性、低運(yùn)營(yíng)成本等優(yōu)勢(shì)逐步成為IDC機(jī)房一種新的供電模式。本文就通信運(yùn)營(yíng)商IDC機(jī)房采用高壓直流供電的可行性、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、配置方式等進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

　　目前，中國(guó)各行業(yè)數(shù)據(jù)機(jī)房一般采用UPS電源系統(tǒng)供電，但隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，特別是IDC業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)UPS供電模式的可靠性、安全性及高能耗等方面問(wèn)題越來(lái)越凸顯。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些行業(yè)開(kāi)始探索和分析IDC設(shè)備采用高壓直流供電的可行性，并且取得階段性成果。部分省市的通信行業(yè)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)改造，用高壓直流電源代替UPS電源系統(tǒng)，從實(shí)際使用效果來(lái)看，非?？捎^。采用高壓直流供電系統(tǒng)向IDC設(shè)備供電，以低投資、高可靠性、低運(yùn)營(yíng)成本等優(yōu)勢(shì)逐步成為IDC機(jī)房一種新的供電模式。本文就通信運(yùn)營(yíng)商IDC機(jī)房采用高壓直流供電的可行性、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、配置方式等進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

　　一、IDC機(jī)房高壓直流供電的可行性分析
　　目前通信運(yùn)營(yíng)商的IT設(shè)備主要分布在IDC機(jī)房、營(yíng)業(yè)中心、綜調(diào)中心和各類呼叫中心，IT設(shè)備的種類包括：IDC服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、辦公PC、票據(jù)打印機(jī)、磁盤陣列等，其中以IDC機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器負(fù)荷最大、能耗最高、供電可靠性要求最高。通過(guò)對(duì)各機(jī)房的IT設(shè)備進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，交流供電的IT設(shè)備都自帶有獨(dú)立的全橋整流電路。

　　當(dāng)交流輸入電壓在正半周期時(shí)，正向?qū)ΨQ的兩個(gè)二極管D1和D3導(dǎo)通，反向?qū)ΨQ的兩個(gè)二極管D2和D4截止，當(dāng)輸入交流電壓在負(fù)半周期時(shí)，D2和D4導(dǎo)通，D1和D3截止，在一個(gè)完整的周期內(nèi)，輸出均為同一方向的電流。如此完成全橋整流電路將交流電壓整流成直流電壓，交流輸入時(shí)全橋整流器導(dǎo)通路由及輸入輸出波形。若在IT設(shè)備的交流輸入側(cè)直接輸入一定電壓等級(jí)的直流電壓，IT設(shè)備是否會(huì)工作呢？經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在IT設(shè)備輸入側(cè)L極和N極對(duì)應(yīng)加上一定電壓等級(jí)的+和-直流電壓，IT設(shè)備可正常工作。將輸入的直流電壓極性反接，即-接到L，+接到N，IT設(shè)備也可正常工作，全橋整流器成了高壓直流供電時(shí)的極性接反保護(hù)電路。高壓直流輸入時(shí)整流器導(dǎo)通路由及輸入輸出波形。兩種不同的輸入電壓對(duì)比可知，若IT設(shè)備自帶有獨(dú)立的全橋整流電路，則不管采用交流輸入還是直流輸入，IT設(shè)備都能正常工作。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有的IT設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)分析，目前大部分的IT設(shè)備都可以直接采用高壓直流供電，而無(wú)須對(duì)設(shè)備的內(nèi)部電路進(jìn)行改造。極少部分IT設(shè)備采用半橋整流的，只需考慮高壓直流輸入的極性即可。

　　二、高壓直流供電系統(tǒng)的額定電壓
　　通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的IT設(shè)備輸入電壓范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，目前絕大部分IT設(shè)備允許的交流輸入電壓范圍為:110Vac～240Vac，經(jīng)整流器整流后的直流輸出電壓為：154Vdc～336Vdc。國(guó)標(biāo)GB3797對(duì)配電線路的電氣間隙和爬電距離按電壓劃為三級(jí)，小于63V為一級(jí)，63V～300V為二級(jí)，300V～500V以上為三級(jí)。

　　目前通信運(yùn)營(yíng)商機(jī)房配電線路基本滿足300V以下的配電要求，所以，高壓直流供電系統(tǒng)的電壓應(yīng)在154Vdc～336Vdc之內(nèi)盡量高，但應(yīng)小于300V。同時(shí)，考慮到蓄電池的配置要求，以12V單體蓄電池為例，則高壓直流電源系統(tǒng)額定電壓應(yīng)是12的倍數(shù)。所以，高壓直流電源系統(tǒng)為額定電壓240V，后備蓄電池配置20顆12V單體，系統(tǒng)浮充電壓270V，均充電壓282V，滿足上述要求。經(jīng)實(shí)際帶載測(cè)試，240V額定電壓的高壓直流供電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，IT設(shè)備工作正常。

　　三、高壓直流供電與UPS供電的優(yōu)勢(shì)對(duì)比
　　1.高壓直流電源系統(tǒng)的供電模式比較可靠
　　A.UPS系統(tǒng)的供電模式：
　　B.高壓直流系統(tǒng)的供電模式：
　　由圖4和圖5可知，UPS系統(tǒng)采用串聯(lián)型的供電模式，后備電源蓄電池需要經(jīng)過(guò)UPS的逆變器和STS靜態(tài)開(kāi)關(guān)再輸出給負(fù)載設(shè)備，而高壓直流電源系統(tǒng)采用的是并聯(lián)型供電模式，后備電源蓄電池直接掛在負(fù)載設(shè)備前端，沒(méi)有任何中間電路，徹底消除供電系統(tǒng)中不可預(yù)見(jiàn)、突發(fā)性的故障對(duì)負(fù)載的威脅，使系統(tǒng)可靠性大大提高。
　　2.高壓直流電源系統(tǒng)通常工作在較高的負(fù)載率區(qū)間，系統(tǒng)效率高
　　A. UPS供電系統(tǒng)的效率曲線
　　為保障系統(tǒng)安全，UPS供電系統(tǒng)大多采用1+1備份，有的甚至采用2+2冗余備份，導(dǎo)致單臺(tái)UPS通常工作在較低的負(fù)載率區(qū)間，系統(tǒng)效率較低。
　　B. 高壓直流系統(tǒng)的效率曲線
　　高壓直流電源系統(tǒng)采用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，按N+1備份配置，通常可讓整流模塊工作在50%-80%的負(fù)載率區(qū)間，系統(tǒng)效率高。如果負(fù)載率較低，還可啟動(dòng)模塊效能管理功能，提高模塊的負(fù)載率，也可大大提高系統(tǒng)的效率。根據(jù)實(shí)際改造對(duì)比，在相同的負(fù)載情況下，高壓直流供電系統(tǒng)比UPS供電系統(tǒng)節(jié)能至少15%。
　　3、高壓直流電源系統(tǒng)對(duì)控制電路要求比UPS系統(tǒng)低
　　UPS供電系統(tǒng)通常采用多臺(tái)UPS并機(jī)工作模式，這種模式對(duì)UPS系統(tǒng)的并機(jī)控制電路要求很高，需要所有UPS的輸出電壓相等、頻率相同、相位一致，三者缺一不可，否則無(wú)法并機(jī)。UPS并機(jī)控制電路較復(fù)雜，一旦控制電路故障，將導(dǎo)致UPS并機(jī)失敗，嚴(yán)重時(shí)可能造成系統(tǒng)供電中斷。
　　高壓直流電源系統(tǒng)采用高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，輸出電壓為直流，只要整流模塊的輸出電壓基本一致即可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)和系統(tǒng)擴(kuò)容，無(wú)需考慮頻率和相位問(wèn)題。同時(shí)，高壓直流電源系統(tǒng)的監(jiān)控模塊只對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若監(jiān)控模塊發(fā)生故障，不會(huì)影響到整流模塊的正常輸出，可確保IT設(shè)備的正常工作。

　　四、IDC機(jī)房高壓直流供電案例分享
　　1、機(jī)房背景
　　IT設(shè)備機(jī)架數(shù)量：10架，機(jī)架容量：2.5～3kW/架
　　IT設(shè)備總?cè)萘浚?5-30kW
　　以下就以30kW負(fù)載容量、停電后備半小時(shí)的要求做配置方案。電源系統(tǒng)供電方式：整流屏+總輸出屏+列頭柜+電池柜（含蓄電池）
　　2、蓄電池配置
　　IT設(shè)備總?cè)萘?0KW，系統(tǒng)電壓240V，單組蓄電池配置12V/20只，故需要單只蓄電池恒功率放電：30kW/20=1500W。以中達(dá)電通DCF系列蓄電池為例，查閱電　　池恒功率放電特性數(shù)據(jù)，配置DCF-12V/150Ah蓄電池一組20只，可滿足30kW負(fù)載后備半小時(shí)的要求。配置雙層單列電池架1個(gè)，尺寸為：600寬*570高*3210長(zhǎng)(mm)。
　　3、整流模塊配置
　　IT設(shè)備總?cè)萘?0kW，系統(tǒng)電壓240V，負(fù)載電流為：Iload=30000/240=125A，蓄電池150Ah一組，Ibat=0.1C=0.1*150=15A。需要整流模塊提供總電流：Itotal=Iload+Ibat=125A+15A=140A。
　　中達(dá)電通HVP系列高壓直流系統(tǒng)，單臺(tái)整流模塊規(guī)格240V/20A，可配置整流模塊數(shù)量:N=140A/20=7，考慮到整流模塊N+1備份，配置8個(gè)整流模塊。
　　高壓直流電源系統(tǒng)配置整流屏1個(gè)，整流屏尺寸：800寬*600深*2000高(mm)。內(nèi)含監(jiān)控模塊、整流模塊（8個(gè)）、交直流配電及相關(guān)輔助配件。
　　4、總輸出屏配置
　　本期配置總輸出屏1個(gè)，容量400A。
　　屏內(nèi)開(kāi)關(guān)配置：總輸入400A 刀熔開(kāi)關(guān)兩只；
　　電池分路400A 刀熔開(kāi)關(guān)兩只；
　　輸出分路160A 2P斷路器兩只；
　　輸出分路100A 2P斷路器十只；
　　總輸出屏尺寸：800寬*600深*2000高(mm)。
　　5、列頭柜配置
　　列頭柜給10個(gè)IT設(shè)備機(jī)架供電，單個(gè)IT設(shè)備機(jī)架輸入電流要求：3kW/240V=12.5A，至少需配置輸入空開(kāi)25A；
　　屏內(nèi)開(kāi)關(guān)配置：總輸入160A 2P斷路器兩只；
　　輸出分路25A 2P斷路器10只；
　　輸出分路32A 2P斷路器10只；
　　列頭柜尺寸：800寬*600深*2000高(mm)。
　　6、系統(tǒng)配置清單
　　系統(tǒng)配置清單如下表：
　　7、系統(tǒng)供電配電示意圖