數據中心機房供電模式的探討

　　一、IDC機房對供電的需求有如下幾個(gè)特點(diǎn)

　　1、對供電要求高靠性

　　IDC面對的客戶(hù)一般都是企業(yè)級客戶(hù)，有的甚至為門(mén)戶(hù)網(wǎng)站，若負載中斷，IDC業(yè)務(wù)提供者，將會(huì )面臨巨大損失，因此對供電的可靠性要求很高。

　　2、負載容量大

　　IDC機房建設投入巨大，并且會(huì )考慮到未來(lái)幾年的業(yè)務(wù)增長(cháng)，因此其要能承接足夠大的業(yè)務(wù)量。一般一個(gè)機房約放置50-100個(gè)機架，每個(gè)機架的負載量約為幾千瓦，因此一個(gè)機房的負載量約為幾百到上千千瓦，一個(gè)IDC中心可能建設多個(gè)機房。

　　3、相對集中的供電方式

　　為了分擔風(fēng)險，同時(shí)又考慮到集中供電的方便管理性，一般按一個(gè)機房的負載容量來(lái)考慮，負載量約在幾百到上千千瓦。

　　4、對設備的諧波污染要求高

　　隨著(zhù)國家對節能、環(huán)保的要求越來(lái)越高，電信運營(yíng)商積極響應，同時(shí)，IDC機房也是用電大戶(hù)，是供電單位的重點(diǎn)關(guān)注對象，對諧波關(guān)注的程度高，這已經(jīng)是趨勢。

　　二、 傳統的UPS供電解決方案

　　傳統的數據通信設備要求交流輸入電源，一般是與市電電源的電壓和頻率相同的電源，即220V，50Hz的單相交流電源。傳統的數據通信設備的電源系統是UPS系統， UPS系統一般由整流器、逆變器、蓄電池和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等組成，市電正常時(shí)，市電經(jīng)整流器變換為直流電供給逆變器，同時(shí)給蓄電池充電，逆變器將直流電變換為交流電供給負載。UPS本身故障時(shí)負載可經(jīng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)轉換為旁路市電供電，市電長(cháng)時(shí)間停電時(shí)，由備用發(fā)電機組供電。

　　雖然IDC機房?jì)鹊脑O備是單相供電，但功率越來(lái)越大，單相UPS功率不能做的很大，受到限制，解決的方法是用三相UPS供電，功率一般平均分到三相上，同時(shí)進(jìn)行UPS并機，解決其供電的可靠性。由于UPS最終通過(guò)逆變換流供電給數據設備，如果逆變與切換部分出現故障，電池不是直接給數據設備供電，會(huì )導致數據設備中斷。

　　幾種常見(jiàn)的UPS供電模式

　　1、串聯(lián)熱備份

　　此種UPS供電方式消除了單點(diǎn)故障，實(shí)現簡(jiǎn)單，但是其同一時(shí)間只有一臺UPS帶載，因此存在超載能力差、主備機老化不均等問(wèn)題，目前已經(jīng)較少采用。

　　2、并聯(lián)冗余

　　此種UPS供電方式，最大的好處是可以負載均分，其中任意一臺UPS故障，其被切離，UPS系統不用做任何切換，仍可工作在在線(xiàn)模式?？梢愿鶕撦d量，通過(guò)增加UPS的方式實(shí)現系統容量擴充。

　3、雙總線(xiàn)供電方式

　　此種UPS供電方式，其最大的特點(diǎn)是同時(shí)提供2路互不影響的供電母線(xiàn)，分別提供給雙電源負載，或者通過(guò)STS再提供給單電源負載。此方式也很好的消除了單點(diǎn)故障，但限于供電方案中又增加了LBS(同步控制)和STS(雙路切換)，因此也增加了故障點(diǎn)。

　　UPS供電方案的優(yōu)點(diǎn)：

　　技術(shù)方案成熟，目前在大量應用。

　　交流輸出，不易拉弧。

　　UPS供電方案的缺點(diǎn)：

　　并機難度大，需電壓、頻率、相位同步。

　　系統設計復雜，單點(diǎn)故障多

　　變換級數多，效率相對低

　　輸入諧波大，功率因數低

　　三、共用48V母線(xiàn)的混合系統解決方案

　　這種電源系統結構特點(diǎn)是直流負載和交流負載的電源系統都采用-48V母線(xiàn)作為輸入電源。在市電或整流器故障時(shí)，由于蓄電池與輸出母排是并聯(lián)的，所以-48V母線(xiàn)電源是不間斷的。直流負載由-48V母線(xiàn)直接供電，交流負載經(jīng)逆變器供電，即用-48V直流電源供電的逆變器代替了UPS。

　　混合系統解決方案優(yōu)點(diǎn)：

　　技術(shù)成熟，48V電源是真正的不間斷電源，其輸出純凈，所以系統整體穩定性有提高。不易拉弧，安全性高。

　　混合系統解決方案缺點(diǎn)：

　　在交流負載的電源鏈中增加了電源變換的次數，且電壓低，電流大，增加了損耗，降低了系統效率。

　　這種電源系統結構僅適用于交流負載為中小功率的情況。

　　四、整流型rAC高壓供電解決方案

　　以INTELEC 2001年發(fā)表的《新電信網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)的最佳新型供電》和2000年發(fā)表的《電信和數據通信融合的rAC供電技術(shù)的新研究》為代表，法國電信公司試用。rAC供電系統，類(lèi)似傳統的48V直流電源系統中的直流母線(xiàn)由經(jīng)過(guò)整流的母線(xiàn)替代，實(shí)際上是脈動(dòng)的直流。系統由整流橋、高電壓蓄電池組、蓄電池開(kāi)關(guān)、充電機等組成。這種rAC供電系統的輸入諧波電流抑制和功率因數需要補償，須在rAC母線(xiàn)上并聯(lián)連接諧波抑制器。

　rAC高壓供電解決方案的優(yōu)點(diǎn)：

　　在整個(gè)供電電路中只有一個(gè)變換級，損耗小，效率高;蓄電池充電機只用于給蓄電池離線(xiàn)充電，因此容量較小，成本低。rAC高壓供電解決方案的缺點(diǎn)：

　　采用用電壓較高， 安全標準要求高;采用單體蓄電池數量較多，要求進(jìn)行更嚴格蓄電池管理。

　　五、高壓直流供電的可行性探討

　　數據設備內部電源狀況是計算機主機、顯示器、打印機等電氣設備的內部電源都是開(kāi)關(guān)電源，將輸入的交流220V先整流、濾波成直流300V后，再通過(guò)電源開(kāi)關(guān)管和開(kāi)關(guān)變壓器降壓、穩壓成低壓，為各部分提供電源。一般交流電壓在110-250V之間，通過(guò)整流、濾波后直流電壓為150V-340V之間。因此，給這些設備輸入一個(gè)150V-340V直流電壓，設備是可以正常工作的.綜合考慮， 額定電壓在228V～280V(后備12V電池19只或20只)范圍內直流電通過(guò)橋式整流電路、濾波后，仍是直流228V～280V，在150V-340V之間，因此開(kāi)關(guān)電源仍能正常工作，目前的實(shí)驗證明數據設備輸入DC270V左右時(shí)效果好。

　　六、高電壓直流供電系統解決方案一

　　高電壓直流供方案一的交流輸入、整流電路和蓄電池、充電機與rAC供電系統是相同的。不同的是rAC供電系統將rAC直接供到集中的大功率DC/DC變換器，再其變換為穩定的高壓DC270V。日本NTT公司試驗了此系統。如果交流輸入電源故障，由蓄電池經(jīng)直流開(kāi)關(guān)和大功率DC/DC變換器供給負載設備270V直流電。

　　此種電源系統的優(yōu)點(diǎn)：

　　可靠性高、效率高，在負載設備的功率較大時(shí)更為突出;成本低;

　　此種電源系統的缺點(diǎn)：

　　采用單體大功率DC/DC，電壓高，電流大，要求較高的安全標準;采用蓄電池數量多，要求進(jìn)行更嚴格蓄電池管理。

　　七、高壓直流供電系統解決方案二

　　此方案是目前國內電信運營(yíng)商在IDC機房改善供電的試用電源系統，最早鹽城電信為代表，現在一些電信分公司與移動(dòng)分公司均有試用。與傳統48V供電系統類(lèi)似，是由多個(gè)并聯(lián)冗余整流器和蓄電池組成的。在正常情況下，整流器將市電變換為270V直流電，供給電信設備，同時(shí)給蓄電池充電。市電停電時(shí)，由蓄電池放電為電信設備供電。長(cháng)時(shí)間市電停電時(shí)，由備用發(fā)電機組供電。與傳統的-48V直流電源系統的一樣，蓄電池備用時(shí)間為1～24h，典型的蓄電池備用時(shí)間為1～3h。此高壓直流電源系統，在試用中優(yōu)勢得到較充分的體現。

　　此種供電系統的優(yōu)點(diǎn)：

　　可靠性：電源模塊化輸出和電池直接并聯(lián)給負載供電，電池直接并聯(lián)到輸出母線(xiàn)上，母線(xiàn)電源是不間斷的。采用分級分布式控制，整流模塊和CSU故障時(shí)各自獨立控制，避免故障擴散。

　　易維護：并機容易，電源模塊化設計，支持帶電熱插拔，更換方便，采用分級分布式控制，整流模塊和CSU可各自獨立控制，便于維護。

　智能化管理：此系統與傳統48V直流電源系統一樣，系統管理采用全面的智能化管理模式;對電池部分管理完善，有效延長(cháng)了電池的使用壽命。

　　無(wú)諧波干擾、易擴容：對于計算機和服務(wù)器來(lái)說(shuō)，采用直流輸入，不再存在相位和頻率的問(wèn)題，多機并聯(lián)變得簡(jiǎn)單易行，無(wú)諧波干擾。

　　安全性：采用標準電氣柜，對分路輸出和母線(xiàn)的絕緣狀況可進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，安全性高。

　　性?xún)r(jià)比：同樣容量的系統，高壓直流電源系統由于采用N+1模式，投資低，性?xún)r(jià)比高。

　　此種供電系統的缺點(diǎn)：

　　此供電系統要求直流專(zhuān)用元器件;對器件滅弧要求高;由于電壓高，無(wú)過(guò)零點(diǎn)，對安全性要求高。

　　七、高壓直流供電系統解決方案三

　　高電壓直流供電系統方案三與方案二供電系統是類(lèi)似的，所不同的是，方案三供電系統增加升壓電路，將直流輸出電壓提高到400V(此種類(lèi)似的供電系統在移動(dòng)公司有實(shí)驗點(diǎn)，直流電壓350V)。是針對專(zhuān)門(mén)的高壓服務(wù)器電源，目前此服務(wù)器尚在研制之中，由于系統輸出電壓高，對目前大量在使用的服務(wù)器有些是不可用的，但由于某些優(yōu)點(diǎn)突出，可能成為未來(lái)的一種發(fā)展的趨勢。

　　此方案供電系統的優(yōu)點(diǎn)：

　　模塊化供電，電池直接連接負載，母線(xiàn)電源不間斷;電源效率最高，最節能;輸出為直流無(wú)率因數與諧波問(wèn)題，具備最大負載能力;供電電纜最細，節省成本與空間。

　　此方案供電系統的缺點(diǎn)：

　　故障的安裝拆除易造成拉弧;對安全的要求高，器件的要求也高。

　　結論

　　電信技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了電源設備技術(shù)的進(jìn)步，高電壓直流供電系統方案二與方案三因為其可靠性高，效率高，特別適用于設備功率較大的場(chǎng)合的IDC機房供電。方案二適合于目前的服務(wù)器，也是目前IDC機房供電的改造相對最適合的方案，方案三可能是一種IDC機房設備供電的發(fā)展趨勢。IDC機房最佳供電系統到底是什么，還值得深入探討與研究，最終總會(huì )找到一種適合的方案。