IDC机房UPS供电模式及供电需求分析

IDC机房UPS供电模式及供电需求分析（精选2篇）

IDC机房UPS供电模式及供电需求分析 篇1

IDC机房建设中，动力系统的建设无疑是其重中之重，各项业务的开展，各种服务器的稳定工作，都离不开稳定、可靠、不间断的电力供给。本文简单探讨IDC机房几种电源系统结构的基本原理、优缺点、实现的可行性等。

一、IDC机房对供电的需求有如下几个特点

1、对供电要求高靠性

IDC面对的客户一般都是企业级客户，有的甚至为门户网站，若负载中断，IDC业务提供者，将会面临巨大损失，因此对供电的可靠性要求很高。

2、负载容量大

IDC机房建设投入巨大，并且会考虑到未来几年的业务增长，因此其要能承接足够大的业务量。一般一个机房约放置50-100个机架，每个机架的负载量约为几千瓦，因此一个机房的负载量约为几百到上千千瓦，一个IDC中心可能建设多个机房。

3、相对集中的供电方式

为了分担风险，同时又考虑到集中供电的方便管理性，一般按一个机房的负载容量来考虑，负载量约在几百到上千千瓦。

4、对设备的谐波污染要求高

随着国家对节能、环保的要求越来越高，电信运营商积极响应，同时，IDC机房也是用电大户，是供电单位的重点关注对象，对谐波关注的程度高，这已经是趋势。

二、传统的UPS供电解决方案

传统的数据通信设备要求交流输入电源，一般是与市电电源的电压和频率相同的电源，即220V，50Hz的单相交流电源。传统的数据通信设备的电源系统是UPS系统，UPS系统一般由整流器、逆变器、蓄电池和静态开关等组成，市电正常时，市电经整流器变换为直流电供给逆变器，同时给蓄电池充电，逆变器将直流电变换为交流电供给负载。UPS本身故障时负载可经静态开关转换为旁路市电供电，市电长时间停电时，由备用发电机组供电。

虽然IDC机房内的设备是单相供电，但功率越来越大，单相UPS功率不能做的很大，受到限制，解决的方法是用三相UPS供电，功率一般平均分到三相上，同时进行UPS并机，解决其供电的可靠性。由于UPS最终通过逆变换流供电给数据设备，如果逆变与切换部分出现故障，电池不是直接给数据设备供电，会导致数据设备中断。

几种常见的UPS供电模式

1、串联热备份

此种UPS供电方式消除了单点故障，实现简单，但是其同一时间只有一台UPS带载，因此存在超载能力差、主备机老化不均等问题，目前已经较少采用，系统图见图1：

2、并联冗余

此种UPS供电方式，最大的好处是可以负载均分，其中任意一台UPS故障，其被切离，UPS系统不用做任何切换，仍可工作在在线模式。可以根据负载量，通过增加UPS的方式实现系统容量扩充。系统图见图2。

3、双总线供电方式

此种UPS供电方式，其最大的特点是同时提供2路互不影响的供电母线，分别提供给双电源负载，或者通过STS再提供给单电源负载。此方式也很好的消除了单点故障，但限于供电方案中又增加了LBS（同步控制）和STS（双路切换），因此也增加了故障点。系统图见图3。

UPS供电方案的优点：

技术方案成熟，目前在大量应用。

交流输出，不易拉弧。UPS供电方案的缺点：

并机难度大，需电压、频率、相位同步。

系统设计复杂，单点故障多

变换级数多，效率相对低

输入谐波大，功率因数低

三、共用48V母线的混合系统解决方案

这种电源系统结构特点是直流负载和交流负载的电源系统都采用-48V母线作为输入电源。在市电或整流器故障时，由于蓄电池与输出母排是并联的，所以-48V母线电源是不间断的。直流负载由-48V母线直接供电，交流负载经逆变器供电，即用-48V直流电源供电的逆变器代替了UPS。系统图见图4。

混合系统解决方案优点：

技术成熟，48V电源是真正的不间断电源，其输出纯净，所以系统整体稳定性有提高。不易拉弧，安全性高。

混合系统解决方案缺点：

在交流负载的电源链中增加了电源变换的次数，且电压低，电流大，增加了损耗，降低了系统效率。这种电源系统结构仅适用于交流负载为中小功率的情况。

四、整流型rAC高压供电解决方案

以INTELEC 2001年发表的《新电信网络和服务的最佳新型供电》和2000年发表的《电信和数据通信融合的rAC供电技术的新研究》为代表，法国电信公司试用。rAC供电系统，类似传统的48V直流电源系统中的直流母线由经过整流的母线替代，实际上是脉动的直流。系统由整流桥、高电压蓄电池组、蓄电池开关、充电机等组成。这种rAC供电系统的输入谐波电流抑制和功率因数需要补偿，须在rAC母线上并联连接谐波抑制器。系统图见图5。

rAC高压供电解决方案的优点：

在整个供电电路中只有一个变换级，损耗小，效率高；蓄电池充电机只用于给蓄电池离线充电，因此容量较小，成本低。rAC高压供电解决方案的缺点：

采用用电压较高，安全标准要求高；采用单体蓄电池数量较多，要求进行更严格蓄电池管理。

五、高压直流供电的可行性探讨

数据设备内部电源状况是计算机主机、显示器、打印机等电气设备的内部电源都是开关电源，将输入的交流220V先整流、滤波成直流300V后，再通过电源开关管和开关变压器降压、稳压成低压，为各部分提供电源。一般交流电压在110-250V之间，通过整流、滤波后直流电压为150V-340V之间。因此，给这些设备输入一个150V-340V直流电压，设备是可以正常工作的。综合考虑，额定电压在228V～280V（后备12V电池19只或20只）范围内直流电通过桥式整流电路、滤波后，仍是直流228V～280V，在150V-340V之间，因此开关电源仍能正常工作，目前的实验证明数据设备输入DC270V左右时效果好。系统图见图6。

六、高电压直流供电系统解决方案一

高电压直流供方案一的交流输入、整流电路和蓄电池、充电机与rAC供电系统是相同的。不同的是rAC供电系统将rAC直接供到集中的大功率DC/DC变换器，再其变换为稳定的高压DC270V。日本NTT公司试验了此系统。如果交流输入电源故障，由蓄电池经直流开关和大功率DC/DC变换器供给负载设备270V直流电，系统图见图7。

此种电源系统的优点：

可靠性高、效率高，在负载设备的功率较大时更为突出；成本低；

此种电源系统的缺点：

采用单体大功率DC/DC，电压高，电流大，要求较高的安全标准；采用蓄电池数量多，要求进行更严格蓄电池管理。

七、高压直流供电系统解决方案二

此方案是目前国内电信运营商在IDC机房改善供电的试用电源系统，最早盐城电信为代表，现在一些电信分公司与移动分公司均有试用。与传统48V供电系统类似，是由多个并联冗余整流器和蓄电池组成的。在正常情况下，整流器将市电变换为270V直流电，供给电信设备，同时给蓄电池充电。市电停电时，由蓄电池放电为电信设备供电。长时间市电停电时，由备用发电机组供电。与传统的-48V直流电源系统的一样，蓄电池备用时间为1～24h，典型的蓄电池备用时间为1～3h。此高压直流电源系统，在试用中优势得到较充分的体现，系统图见图8。

此种供电系统的优点：

可靠性：电源模块化输出和电池直接并联给负载供电，电池直接并联到输出母线上，母线电源是不间断的。采用分级分布式控制，整流模块和CSU故障时各自独立控制，避免故障扩散。

易维护：并机容易，电源模块化设计，支持带电热插拔，更换方便，采用分级分布式控制，整流模块和CSU可各自独立控制，便于维护。

智能化管理：此系统与传统48V直流电源系统一样，系统管理采用全面的智能化管理模式；对电池部分管理完善，有效延长了电池的使用寿命。

无谐波干扰、易扩容：对于计算机和服务器来说，采用直流输入，不再存在相位和频率的问题，多机并联变得简单易行，无谐波干扰。

安全性：采用标准电气柜，对分路输出和母线的绝缘状况可进行实时监控，安全性高。

性价比：同样容量的系统，高压直流电源系统由于采用N+1模式，投资低，性价比高。

此种供电系统的缺点：

此供电系统要求直流专用元器件；对器件灭弧要求高；由于电压高，无过零点，对安全性要求高。

八、高压直流供电系统解决方案三

高电压直流供电系统方案三与方案二供电系统是类似的，所不同的是，方案三供电系统增加升压电路，将直流输出电压提高到400V（此种类似的供电系统在移动公司有实验点，直流电压350V）。是针对专门的高压服务器电源，目前此服务器尚在研制之中，由于系统输出电压高，对目前大量在使用的服务器有些是不可用的，但由于某些优点突出，可能成为未来的一种发展的趋势。系统图见图9。

此方案供电系统的优点：

模块化供电，电池直接连接负载，母线电源不间断；电源效率最高，最节能；输出为直流无率因数与谐波问题，具备最大负载能力；供电电缆最细，节省成本与空间。

此方案供电系统的缺点： 故障的安装拆除易造成拉弧；对安全的要求高，器件的要求也高。

结论

IDC机房UPS供电模式及供电需求分析 篇2

交流供电情况下[2], 当交流输入电压在正半周期时, 正向对称的两个二极管导通, 反向对称的两个二极管截止, 当输入交流电压在负半周期时, 反向对称的两个二极管导通, 正向对称的两个二极管截止, 在一个完整的周期内, 输出均为同一方向的电流。如此完成全桥整流电路将交流电压整流成直流电压, 交流输入时全桥整流器导通路由及输入输出波形。若在IT设备的交流输入侧直接输入一定电压等级的直流电压, IT设备理论上是可以正常工作的。

众所周知, 现在行业使用交流供电的绝大多数负载均由交流UPS系统供电, 然后经过负载自身的整流变换为+12V、+5V等直流电压为本身的电路供电, 其输入不管是交流还是直流, 最后都要转换为自身电路板使用的低压直流。所以在技术上负载设备是能够直接接入240V高压直流系统的电能的。因为, 使用交流220V供电的电压范围约为180V至240V, 所以负载理论上可以承受240V×1.414=339.36V的直流电压;而标称240V的高压直流系统最高电压约为120×2.35V=282V, 远小于339.36V, 所以现在的交流负载肯定能够承受高压直流240V供电系统的耐压。

对于IT设备来讲, 目前大部分的IT设备都可以直接采用高压直流供电, 而无须对设备的内部电路进行改造。极少部分IT设备采用半桥整流的, 只需考虑高压直流输入的极性即可。

1.2高压直流供电系统与交流UPS供电系统的实践对比分析

根据厂家统计结果, 以下主要从可靠性、供电效率及可维护性等方面加以对比分析[3]。

可维护性方面, 高压直流可以实现电池组与变换系统脱离的在线维护功能, 这在原UPS方案中是不可能实现的, 此功能也大大增强了系统的可靠性及可维护性。

可靠性方面, 实际统计分析, 以100k VA为例, 高压直流供电模式相比传统UPS供电的可靠性从0.9999提升至0.9999999。

在供电效率方面, 根据厂家在这方面的多年的研究, 通过对比分析, 采用传统UPS供电和采用高压直流供电, 在供电效率方面, 可以提升8%以上, 后期的运营成本可以大幅降低。

综上, 使用高压直流供电系统比使用传统UPS供电系统有安全可靠性、可维护性、运行效率等方面的优势。

二、高压直流供电试用情况总结

高压直流供电最早在中国电信江苏省公司开展了高压直流供电系统应用的尝试, 目前高压直流供电已经在广东电信、江苏电信、陕西电信、辽宁电信、四川电信、安徽电信、湖北电信、青海电信以及海南电信等得到了广泛应用。

随着互联网业的迅猛发展, 服务器的需求量也在大幅增长, 怎样保障服务器的安全可靠运行以及减少耗电量便成为一个突出问题, 为此腾讯公司率先在行业内试用高压直流电源, 目前已在总部大楼和宝安机房成功安装试用, 新建的天津机房也将使用高压直流电源。

三、结束语

由于高压直流系统比交流UPS系统结构简单, 生产技术更成熟, 从根本上克服了交流UPS系统供电存在的单点故障, 系统安全性能大大提高, 维护操作方法得到简化, 倍受电信运营商、设备制造商和互联网公司的高度关注。且高压直流供电模式从理论上和实践上都得到了很好的验证。

在推广、实施过程中, 除了国家政策支持, 技术本身保障外, 运营商以及整个产业链思想观念上也须有大的转变, 这样不仅在电信、互联网数据机房, 也可以在其它各领域逐渐辅开, 使真正的不间断电源得到广泛应用, 造福社会。

摘要：随着国民经济的快速发展, 能源越来越成为制约可持续发展的瓶颈, 其重要性也越来越突出。高压直流电源 (简称HVDC) 作为一种不间断电源, 以其高效率、高可靠性等优点成为新能源领域的一支生力军。而且高压直流供电系统代替交流UPS系统为通信负载供电的技术日益成熟, 我们在IDC机房建设中的供电方式上又多了一种新选择[1]。

关键词：高压直流电源 (HVDC) ,互联网数据中心 (IDC)

参考文献

[1]Insigma Green IDC Solution http://www.insigma.com.cn/article/-func_detail detail id_1115-catalog_0805-lan_en.html

[2]Chan-Ki, Kim et al., HVDC Transmission, 1st ed., Singapore:John Wiley&Sons (Asia) Pte Ltd, 2009, ISBN978-0470-82295-1