淺談機房的高壓直流供電應用

　摘要：隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )的普及和數據業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，機房供電也朝著(zhù)大容量、高可靠的方向發(fā)展?！　?/p>本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/231364.htm

　　一、機房供電的趨勢及存在問(wèn)題
　　
　　機房的供電問(wèn)題，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò )的安全等級和成本，歷來(lái)成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )的普及和數據業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，機房供電也朝著(zhù)大容量、高可靠的方向發(fā)展。但是隨著(zhù)機房規模的擴大，機房的耗電問(wèn)題、擴容問(wèn)題和維護問(wèn)題日益突出?，F在各行業(yè)的數據機房一般采用交流UPS電源系統供電，但交流UPS電源系統卻有著(zhù)明顯的缺陷：
　　
　　1、效率低。對于供電級別要求高的機房，交流UPS設備一般采用1+1備份方式。為了保持系統的冗余，每臺UPS的實(shí)際負載只能控制在35%以下，在電源資源的使用上有著(zhù)較大的浪費。
　　
　　2、要求高。交流UPS供電系統通常采用多臺并機工作模式，這種模式對UPS系統的并機控制電路要求很高，要求所有UPS的輸出電壓相等，頻率、相位一致，否則無(wú)法并機。并機控制電路較復雜，一旦故障，將導致UPS并機失敗，嚴重時(shí)可能造成系統斷電。
　　
　　3、存在一定的安全隱患。UPS設備雖然有電池組作為供電的斷電保障，但電池是通過(guò)逆變換進(jìn)行輸出的，如果逆變部分出現故障，同樣會(huì )導致設備斷電。
　　
　　二、高壓直流供電的可行性分析
　　
　　隨著(zhù)電源技術(shù)的發(fā)展，高壓直流供電模式由于其拓撲簡(jiǎn)單、擴容方便等特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注。高壓直流供電方式逐步從實(shí)驗室走向市場(chǎng)，雖然它的技術(shù)和應用還需和實(shí)際設備進(jìn)一步磨合，但高壓直流供電代表了技術(shù)發(fā)展的一種趨勢。
　　
　　1、為什么直流電源可以替代交流電源？

　　首先看負載設備內部，一般來(lái)說(shuō)，設備的電源部分為獨立的電源模塊。從圖一中可以看出，雖然設備的輸入電源是交流的，但是設備電源的最終輸出還是直流，其核心部分還是DC/DC變換，只要我們輸入一個(gè)合適的直流電壓給變換部分，設備就可以正常工作。
　　
　　2、直流電源如何替代交流電源？

　　圖二和圖三分別是負載設備在交流供電和直流供電時(shí)的整流原理。圖二中，電源部分在交流輸入的時(shí)候，正半周時(shí)電流的走向是從A→D2→C→D→D4→B，在負半周時(shí)電流的走向是從B→D3→C→D→D1→A，整流管D1、D3和D2、D4輪流導通。這樣，交流電壓從AB端直接傳到CD端，輸出端CD保持直流輸出。圖三中，電源部分在采用直流電壓直接輸入時(shí)，由于電壓相位不變，整流管D2、D4長(cháng)期導通。這樣，電壓從AB端直接傳到CD端,輸出端CD保持直流輸出。聯(lián)系到圖一，從上面的分析可以看出，不論在輸入端輸入交流電壓，還是直流電壓，在輸出端均可以輸出直流電壓，直流電壓再經(jīng)過(guò)DC/DC變換，給設備供電。

　　三、高壓直流供電的優(yōu)點(diǎn)

　　交流UPS供電原理如圖四所示：

　　我們可以發(fā)現高壓直流供電有以下各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　1、可靠性高。主要有兩個(gè)方面：一是直流供電蓄電池的輸出和電源整流模塊的輸出并聯(lián)在負載端，當外電停電時(shí)，蓄電池的電能可以直接供給負載，母線(xiàn)電源是不間斷的，確保供電的連續性。二是采用直流輸出，無(wú)諧波干擾。
　　
　　2、效率高，能耗低。和交流UPS系統相比，直流供電省掉了逆變環(huán)節，而一般逆變的損耗在5％左右，同時(shí)又沒(méi)有諧波損耗，因此電源的效率得以提高。據實(shí)驗證明，直流電源的效率比同規格的冗余備份的交流UPS電源相比，能夠節能10%-15%。其次，由于直流電源采用了模塊化的設計，并聯(lián)輸出，使每個(gè)模塊的使用率可達到70～80，比起交流UPS系統提高了很多。
　　
　　3、擴容便捷。首先由于直流供電采用模塊化結構，單機擴容容易實(shí)現，只要增加相應的模塊即可。其次，由于是直流輸出，不存在相位和頻率的問(wèn)題，多機并聯(lián)變得簡(jiǎn)單易行，電源并機容易實(shí)現。
　　
　　4、不存在“零地”電壓等不明問(wèn)題的干擾。因為是直流輸入沒(méi)有零線(xiàn)，因此，也就不存在“零地”電壓，避免了一些不明的故障。
　　
　　四、高壓直流供電面臨的問(wèn)題
　　
　　高壓直流供電雖然有以上列舉的種種優(yōu)點(diǎn)，但也存在著(zhù)缺點(diǎn)和面臨的問(wèn)題：
　　
　　1、雖然直流電壓與交流電壓的峰值相比差別不太大，但是由于直流電壓沒(méi)有過(guò)零的存在，其危險性遠遠大于交流電壓。
　　
　　2、配電開(kāi)關(guān)性能要求高，對于交流電，電流在周期內會(huì )有過(guò)零點(diǎn)，當短路時(shí)，過(guò)零點(diǎn)的存在使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧容易滅弧。而如果是直流電，不存在過(guò)零點(diǎn)，滅弧相對困難。
　　
　　3、現在市場(chǎng)上選用的開(kāi)關(guān)器件大都按照220Vac/380Vac來(lái)設計，但直流開(kāi)關(guān)器件和交流開(kāi)關(guān)器件在要求上是不同的，所以在直流供電系統中，必須采用符合安全要求的直流配電器件，這會(huì )相應增加建設成本。
　　
　　4、高壓直流供電大規模市場(chǎng)運用有著(zhù)一定的困難。我們廣電機房設備種類(lèi)繁多，雖然機房大部分使用開(kāi)關(guān)電源的設備都可以用直流電源供電，但也有很多設備不能直接使用。如：
　　
　?。?）少數設備的電源輸入端有工頻變壓器，輸入直流會(huì )產(chǎn)生短路。
　?。?）具有輸入端頻率檢測啟動(dòng)的設備不能直接進(jìn)行使用。
　?。?）具有啟動(dòng)過(guò)壓保護功能的設備，不能直接進(jìn)行使用。
　?。?）部分電源對地設計有電感濾波，雖然不影響使用，但會(huì )造成正極接地。
　?。?）風(fēng)扇類(lèi)設備要區別對待，交流輸入的風(fēng)扇使用直流電源會(huì )產(chǎn)生短路。
　?。?）顯示器設備區別對待，CRT（陰極射線(xiàn)管）顯示器，內部有交流交流激勵回路的，不能使用直流供電。
　　
　　機房各種設備開(kāi)關(guān)電源部分的設計思路基本相同，但是詳細的設計卻又是千差萬(wàn)別，所以高壓直流供電在實(shí)際的運用過(guò)程中，需要對各種設備進(jìn)行測試，甚至需要對設備的電源部分進(jìn)行改造，這些都是高壓直流供電應用中所遇到的困難。高壓直流供電目前還在試驗探索階段，據真正的大規模市場(chǎng)化應用還有待時(shí)日，但是從機房節能增效的角度來(lái)說(shuō)，高壓直流供電是技術(shù)發(fā)展的方向。相信以后隨著(zhù)高壓直流標準的制定，以上的缺點(diǎn)和面臨的困難都會(huì )得以解決，高壓直流供電技術(shù)會(huì )得到更廣泛的應用。