数据机房高压直流供电模式的探讨

高压直流供电在数据中心的作用及影响高压直流（HVDC）供电技术在数据中心中的应用正日益受到关注。

传统的交流供电系统在数据中心中存在一些问题，而高压直流供电则可以有效地解决这些问题，并带来一系列的积极影响。

本文将从高压直流供电技术的作用及影响两个方面进行阐述。

作用1. 提高能效在数据中心中，能效是一个非常重要的指标。

高压直流供电技术可以显著提高能效，因为HVDC系统中不需要进行交流/直流的转换，从而减少了能量损耗。

而且在长距离输电过程中，HVDC系统还可以更有效地传输电能，这对于大型数据中心而言尤为重要。

2. 减少电能损耗HVDC系统的电缆线路损耗相对较小，因此可以减少能源的浪费。

在数据中心中，减少电能损耗不仅可以降低成本，还能减少对环境的影响。

3. 提高供电可靠性HVDC系统具有稳定的电压和频率特性，可以提高供电系统的可靠性。

数据中心作为信息基础设施的核心，对供电可靠性要求极高。

HVDC技术的应用可以有效地提高供电的可靠性，确保数据中心的稳定运行。

4. 便于设备集成许多现代化设备和系统都已经使用直流供电，包括存储系统、服务器和电池储能系统等。

采用高压直流供电技术可以更好地满足这些设备的电能需求，使得设备的集成更为便利。

影响1. 降低运营成本高压直流供电技术的应用可以降低数据中心的运营成本。

通过提高能效和减少能源损耗，HVDC系统可以降低数据中心的能源开支。

HVDC系统的稳定性和可靠性也可以降低运营维护成本和停机损失。

2. 降低环境影响采用高压直流供电技术可以减少数据中心对环境的影响。

较高的能效和更少的电能损耗意味着数据中心对能源的需求更少，减少了对环境的压力。

这对于企业履行社会责任，提高环境友好型也具有积极的影响。

3. 提升数据中心的竞争力高压直流供电技术的应用可以提升数据中心的竞争力。

在激烈的市场竞争中，能够提供更高能效、更可靠的供电系统的数据中心将更具吸引力。

这不仅可以吸引更多的客户，还可以提升数据中心在行业中的地位。

浅谈数据中心 . 高压直流作者: @KPang 支付宝- 网络架构师编辑: @陈怀临, 弯曲评论前言本人只是普通的网络工程师，本文来源于日常学习积累笔记，仅供大家当成科普，文中尽可能量化数据，少用“很多”“极大”类词汇，同时由于是笔记，文字均有出处，凡是雷同全因照抄，幸运的是不涉及版权纠纷。

一、传统数据中心采用UPS供电的缺点传统的数据中心大都是由UPS实现掉电保护，通常所有IT负载都要经过UPS供电，假定实际运行UPS的平均效率为90%（虽然目前UPS最高效率是可以达到95%以上，但UPS的效率和负载率有关，随着负载率的提升，效率才会变提升，因此正常情况下20%-40%负载率很难会达到最优的效率点。

根据在运行UPS的实际测试数据，绝大多数情况下的效率不高于90%），即每100度电，经过UPS这个环节就白白损耗掉10%。

不仅如此，由于 UPS自身散也需要空调交换带走热量，按数据中心典型PUE为1.8来算，那么UPS环节带来的总能耗达18%，很不节能。

交流系统一般运行在低负荷下（通常在30%），实际运行效率较低，直流系统通过模块休眠可以提高负荷率，实际运行的效率较高。

二、采用240V高压直流的特点：从上图的对比，我们可以清晰地看到：1、减少变化级数，整体效率更高；2、电池直挂在输出母线上，相当于提供另外一路备份，可靠性更高；3、兼容现有绝大多数IT设备的高频开关电源，用电设备几乎不用任何更改，推广容易；4、拓扑非常简单，可靠性提高；5、高压直流系统为模块化热插拔设计，运维简单方便，减低运维成本6、易于扩容高压直流可靠性，扩展性，管理性，以及谐波等优势明显，随着数据中心技术的发展以及降低运营成本和节能减排的需求，高压直流技术不管是在节能、投资成本、可靠性以及运维便捷性等方面较传统的UPS都有明显优势，随着高压直流供电方案在大型的互联网数据中心等场合的越来越广泛应用，将逐步成为未来数据中心供电的趋势【注1】：上图“酒泉新型配电设计”是服务器和交换机为12VDC Input，服务器主板和交换机电源输入都是定制的。

数据中心高压直流UPS供电系统的分析以前的很多数据中心机房都是采用UPS供电系统来进行供电的，但是随着网络大数据时代的到来，数据中心业务量大大增加，越来越多的数据信息使得传统的供电系统已经无法满足使用要求。

长期以来，数据机房使用UPS供电系统供电，但传统的UPS供电系统存在结构复杂、安全性差、成本高、效率低、维护困难以及不易拓展等问题。

随着数据业务的高速发展，IT行业将增加大量新服务器，UPS设备应用规模不断扩大，导致使用UPS供电系统存在的问题变得越来越明显。

在通信行业节能降耗的背景下，高可靠性和低运行成本的高压直流供电系统将取代传统UPS电源为数据中心供电。

關键词：数据中心;高压直流;UPS;供电系统1高压直流UPS供电系统特点分析首先，常规UPS供电系统结构中存在DC/AC逆变器，因此功耗大大增加，占总功耗的5%左右。

高压直流UPS供电系统结构中不需要DC/AC逆变器、静态开关以及滤波器等设备，不仅能有效提高电源效率和供电设备运行效率，而且有效降低了设备成本。

其次，在数据中心使用的过程中，由于输入的是直流电，所以不会产生谐波以及功率因数的问题，这样就不会让谐波电流污染电网以及系统，从而维护整个系统以及电网的环境。

在设备中，由于使用相对来说比较稳定的直流电作为负载电流，所以会有效降低输入谐波的成分。

网络设备一般都会配备开关电源，所以使用稳定的直流电可以将30%的谐波成分降低至零，这样就不会产生谐波干扰设备的情况。

同时，由于没有谐波的干扰和影响，负载端也就很少甚至不会出现零地电压的问题。

再次，高压直流UPS供电系统提高了运行效率，主要是由于系统结构简单，通信技术更加先进，且可以并联多个模块，最大程度地利用了每个设备，避免了资源浪费。

常规的UPS供电系统通常使用2N或N+1冷却系统，因此常规UPS供电系统中任何UPS设备都可能具有高压，而且每个UPS设备都需要增加容量以满足负荷增加的容量，从而导致资源浪费。

高压直流供电在数据中心的作用及影响1. 引言1.1 高压直流供电的定义高压直流供电是一种技术，将交流电转换为直流电，然后通过高压传输到设备中进行供电。

相较于传统的交流供电系统，高压直流供电具有更高的效率和稳定性。

在数据中心中，高压直流供电系统可以有效地提高能源利用率，减少能源损耗，提升数据中心的性能，并降低能源成本。

通过高压直流供电系统，数据中心可以更加高效地进行能源管理，实现更精确的电量控制和分配。

这使得数据中心的整体能源利用率得到提升，进而降低了能源浪费，减少了对环境的负面影响。

高压直流供电系统还可以提升数据中心的运行性能，降低了系统的故障率，提高了数据处理的效率和稳定性。

在当今不断增长的数据需求下，数据中心对能源的需求持续增加。

而采用高压直流供电系统可以有效地降低能源成本，减轻企业的经济压力。

高压直流供电在数据中心中的应用愈发重要，对未来数据中心的发展具有重要意义。

【高压直流供电的定义】已逐渐成为数据中心设计和建设的必备选项，其重要性不容忽视。

1.2 数据中心的能源需求数据中心作为信息技术基础设施的核心，承载着大量的数据处理和存储任务。

随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，数据中心的能源需求也在不断增加。

根据统计数据显示，全球数据中心的能源消耗占比逐年增长，已经成为一个不可忽视的问题。

数据中心的能源需求主要包括服务器运行、网络设备、空调制冷、照明等多个方面。

在现代社会中，大规模的数据中心通常需要大量的电力供应来保证正常运行，而传统的交流供电系统存在能源损耗大、效率低的问题。

可以通过使用高压直流供电系统来提高能源利用率，减少能源损耗，降低成本，提升数据中心的性能。

由于数据中心的能源需求与供应之间存在着巨大的矛盾，采用高压直流供电技术已经成为解决方案之一。

高压直流供电系统具有高效率、节能、稳定性好等优点，能够满足数据中心快速发展的能源需求，提高整体运行效率。

高压直流供电在数据中心中具有重要的作用和影响。

IDC机房设备采用高压直流供电可行性探讨摘要：本文叙述了IDC机房设备采用高压直流供电，替代传统UPS供电凸现出来的优势：既提升了供电的可靠性，又能大幅提高供电效率，成本节约明显。

关键词：高压直流、节能、安全、可靠。

引言:随着互联网的大规模普及运用，网络视听、电子商务、电子信息等依托基础网络的业务大力拓展，其市场业务份额大幅提高，而目前网络业务的发展在全球仍然是朝阳产业，未来数年IDC业务还将得到持续高速发展，IT业还将新增大量的服务器投入运行；高压直流供电以其高可靠性，超低运营成本的优势取代传统UPS供电已是不可逆转的趋势。

1、UPS供电现状的弊端1.1工作效率低能耗高目前全国的IDC机房供电基本上均采用UPS供电方式，UPS供电又分为单机供电、1+1并联供电、N+1并联供电以及双母线供电方式；无论供电方式如何变化，它们都是以UPS为基础的组合性变化，UPS供电的本质没有变化；由于UPS自身组成的性质决定：输入级有滤波电感和滤波电容，输出级又有逆变器、输出隔离变压器；电流电压变换要经过交流变直流，直流再变为交流的两级变换过程，因此工作效率非常的低，经实际测试在60%-70%之间；由于IDC中心一般都规模较大，用电量惊人，因而提高供电效率，节省成本支出，也是当前的重要命题。

1.2设备利用率低，资源浪费严重UPS供电设备利用率低，以目前最常用的1+1并联供电方式为例：此种供电方式要求整个供电系统提供的安全供电能力不超过单台UPS额定容量的70%，正常工作时两台UPS负荷均担，即每台UPS 工作在额定容量的35%，如果不出现单台UPS故障或者单台UPS 进行检修，UPS系统在其整个运行寿命中，每台UPS是长期工作在额定容量35%以下的状态，而根据我们调查：实际使用中的UPS大多运行在额定负荷的20%-30%之间，导致花大量资金购买的设备处于闲置状态。

1.3 供电安全存在弊端大型UPS的输入均采用三相交流市电，为了保障供电安全重要场合UPS很少有单机工作方式，并机冗余工作方式最为常见，两台以上UPS并联工作时，既要保证多台UPS都跟踪市电的相位、频率、幅值保持一致，同时还要求多台UPS之间的相位、频率、幅值也相互跟踪、同步，而这些参数是不断变化的，所以UPS只有不断的调整输出参数才能保障同步运行。

数据机房高压直流供电模式的探讨摘要：随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大，电信网络正处于变革之中，电信网络的变革必然影响到电源系统。

数据通信设备要求交流电源与电信设备传统的-48V 直流电源不兼容，因而对电源设备提出了新的要求——应达到高可靠性、高可用度和高效率的要求。

如何构成这种新的电源系统？这是通信电源系统设计有待解决的新问题。

上个世纪 90 年代末以来，国内外已开始注意和研究适应数据通信设备融合的电源系统结构，提出了一些新型实施方案。

我们也在探索合理的数据机房供电系统，下文将简要分析与探讨。

关键词：数据机房高压直流 270V一、前言今天，数据设备中使用交流电源的信息通信设备种类越来越多，而且容量越来越大，UPS 供电系统已经广泛地应用于各通信运营商的通信局站中。

随着我国通信行业的高速发展，数据业务的快速增加，通信局站的 UPS 供电系统已经成为网络安全的重要一环，UPS 供电系统的大量应用，加剧了通信局站的供电压力，增大了安全隐患，也加大了设备维护工作量。

尽管出现了双总线 UPS 供电系统，增加了 UPS 供电的可靠性，但随之又加大了机房使用面积及增加了设备投资，UPS 供电系统的安全运行已经越来越受业内人士的高度重视，同时也是维护人员最为担心的重要一环。

众所周知，直流供电系统的可靠性要高于UPS 供电系统，那么我们能不能找到一种新的供电系统来取代 UPS 供电系统，消除人们的顾虑呢。

本文将对一种新型的高压直流供电系统做一些应用探讨。

自上世纪 80 年代以后，很多国家都在研究和实施300~400V 高压直流(HV DC)供电系统。

国际电信能源会议的组织者很关心这项工作，经常发布各国的论文，如 1999 年日本代表提出《290V 直流供电系统是电信和数据高效和可靠的供电系统》；法国电信和阿尔卡持公司相继于 1999 年提出《供电给新的电信网络和服务用的新的供电系统》，2000 年又发表了《用于电信和数据融合的整流型 AC 供电的新方法》；2007 年发表了美国《在电信和数据中心改进能源效率的 400V 直流供电系统的评估》和瑞典《在 Gnesta 市数据中心运行一年的 9kW HV DC UPS 供电系统》等论文。

不间断电源是保障数据中心供电系统可靠性和稳定性的重要设备。

传统数据中心不间断电源一般采用交流UPS,由于其在可靠性、安全性、经济性及设备维护等方面显现出越来越多的问题，因而高压直流UPS作为新型的不间断电源设备逐渐被应用于大型数据中心。

目前针对数据中心高压直流UPS的研究较少，尤其是在与交流UPS在可靠性、维护性、兼容性以及不同供电架构占地和经济性的比较分析方面。

本文通过对高压直流UPS在数据中心的应用进行分析与研究，期望为数据中心供电系统规划设计提供理论基础和参考数据。

一、高压直流技术高压直流UPS（以下简称“高压直流”）技术是由整流模块将交流电变换成直流电后为IT负载供电，同时对蓄电池组进行充电，在市电停电后，由蓄电池组直接为IT负载供电。

高压直流系统一般由交流柜、整流柜和直流柜组成，如图1所示。

图1高压直流系统框架高压直流将转换成的直流电直接对服务器供电，而交流UPS设备则是将整流的直流电经逆变器转换成交流电后为服务器供电。

与交流UPS相比，高压直流无需逆变器，串联部件少，故障点减少，效率提高，并且备用蓄电池直接挂在负载上，可靠性提高。

从整个供电架构来看，高压直流供电架构由交流输入配电柜、高压直流电源柜、直流总输出柜、直流列头柜、服务器机柜内直流PDU和备用蓄电池组等环节组成，与交流UPS基本相同。

二、技术分析1.可靠性交流UPS采用整流和逆变的双变换模式，交流电需要分别经过整流和逆变过程后才能为负载供电。

而高压直流系统只需经过整流后直接给负载供电。

从设备内部元器件来看，高压直流设备串联器件比交流UPS少，故障点减少，可靠性提高。

高压直流系统采用模块化设计，可灵活组成集中式供电系统或分布式供电系统，并且具有智能模块休眠技术，根据负载启用模块数量，形成N+M冗余系统，通过模块冗余方式提高供电系统的可靠性。

高压直流的控制模块采用双控制模块冗余设置，保证高压直流系统的可靠性。

高压直流在并机方面没有频率、相位和幅值同步的问题，只需要负荷均分，因而并机技术相对简单，稳定性和可靠性相应提高。