目錄及引言

一,、380V高壓直流技術(shù)

1. 傳統(tǒng)380V高壓直流技術(shù)

2. 380V高壓直流在新能源方面的應(yīng)用

二、240V高壓直流技術(shù)

1,、 AC 240V HVDC 50% 50%

2,、 AC 240V HVDC 100% 0% 服務(wù)器主從模式

三、現(xiàn)有12V的市電直供方案：

1,、 google的12V分布式

2,、 微軟的12V BBU集中式市電直供方案

3、 隨著功率增加，12V將不再適合于數(shù)據(jù)中心

四,、面向未來的48V市電直供架構(gòu)

1,、google最新的48V及及facebook的48V半集中

2、考慮數(shù)據(jù)中心的整體需求,，包括交換機(jī),、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、行間空調(diào),、

3,、和太陽能MPPT、燃料電池,、風(fēng)能等等結(jié)合在一起的直流微網(wǎng)架構(gòu)

五,、結(jié)語

引言

隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)及對能源利用效率的關(guān)注，未來數(shù)據(jù)中心供電的發(fā)展方向一定是市電直供技術(shù),。一方面通過簡化供電架構(gòu)降低前期投資成本,，也可以通過高效供電降低后期運(yùn)營成本。本文所提高的高效率供電并不局限于電網(wǎng)側(cè)到IT設(shè)備這段路徑,，而是關(guān)注從一次能源側(cè)到CPU的整個能源路徑上的高效率傳輸,。盡管這樣整體的設(shè)計可能導(dǎo)致傳統(tǒng)PUE上升，但系統(tǒng)全局的單位總能耗是降低的,。

未來數(shù)據(jù)中心供電發(fā)展的整體趨勢是由高壓/集中式/交流大UPS向低壓/分布式/直流小UPS方向發(fā)展,，由機(jī)房外集中式鉛酸電池向IT機(jī)柜內(nèi)分布式小（鋰）電池方向發(fā)展,，從化石能源向綠色能源方向發(fā)展,。

數(shù)據(jù)中心供電不間斷的核心保障在于不間斷電源及其電池技術(shù)，因而電池連接的位置不同決定了供電架構(gòu)的不同,。目前業(yè)界主流備用電池電壓由高到低分別有大于400V AC（集中式UPS）,，380V、240V及48V DC（直流電源）,，和內(nèi)嵌至IT設(shè)備內(nèi)部的12V電池等,。下圖對上面幾種方案進(jìn)行了說明。

電池靠近CPU,、主板的設(shè)計對數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)主要會帶來以下變化：

• 供電系統(tǒng)更加分散,，IT系統(tǒng)呈分布式布置

• 從電網(wǎng)到CPU供電路徑轉(zhuǎn)換級數(shù)減少，轉(zhuǎn)換效率更高

• 低壓側(cè)傳輸損耗會增加

• 對電源及電池的控制管理水平要求增高

• 供電定制化程度高,，普通小規(guī)模用戶開展難度大

對比集中式和分布式,、高壓和低壓架構(gòu)，不同的設(shè)計會很大程度上影響供電系統(tǒng)的可靠性,、供電效率和造價成本,，另外技術(shù)生態(tài)的成熟性、應(yīng)用靈活性對數(shù)據(jù)中心供電選擇還會有很大影響。

說到底,，數(shù)據(jù)中心不間斷供電技術(shù)的發(fā)展取決于電池技術(shù)的發(fā)展,。隨著風(fēng)能、太陽能電池,、燃料電池等綠色能源在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的引入,，高能量密度鋰電池技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心行業(yè)將面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn),。關(guān)于此部分討論這里暫不展開,，本文暫以業(yè)界主流技術(shù)為主進(jìn)行梳理分析，拋磚引玉,，以便大家更為深入的討論未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向,。

一、380V高壓直流技術(shù)

1,、傳統(tǒng)380V高壓直流技術(shù)

380V高壓直流技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)開展多年,，已經(jīng)有了很多研究和標(biāo)準(zhǔn)。雖然相比傳統(tǒng)UPS供電及48V通信電源有很大優(yōu)勢,，但是涉及到IT設(shè)備電源定制及直流供配電等配套服務(wù)跟進(jìn),，截至目前展開的應(yīng)用規(guī)模都很小,，基本停留在實驗室試點(diǎn)階段,。

數(shù)據(jù)中心是一套復(fù)雜的系統(tǒng)，從服務(wù)器到數(shù)量相對較少的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,，以及消防,、弱點(diǎn)、照明等會涉及到不同的供應(yīng)商,，如果僅僅為了適應(yīng)380V直流供電而要求所有設(shè)備定制,，那么設(shè)備定制成本增加和開展難度將抵消其節(jié)能利好，很難在行業(yè)內(nèi)推廣,。

因此,，截至目前，業(yè)界開展的380V高壓直流項目規(guī)模都比較小,，示范性意義大于實際節(jié)能意義,。

2、380V高壓直流在新能源方面的應(yīng)用

太陽能,、風(fēng)能,、燃料電池的發(fā)展未來可能會推進(jìn)380V高壓直流電源技術(shù)的發(fā)展。由于絕大多數(shù)分布式能源是波動性的,，需要先整流穩(wěn)壓并電池儲能后才可以直接用于數(shù)據(jù)中心供電,，傳統(tǒng)48V電源系統(tǒng)電壓較低，傳輸損耗及線纜投資較大，不適合較大規(guī)模分布式能源使用,，而380V高壓直流系統(tǒng)就存在較大優(yōu)勢,。IT設(shè)備側(cè)，DC/DC變換器直接將380V高壓直流降壓降到12V或5V甚至更低電壓,，減少了電源內(nèi)部AC/DC整流環(huán)節(jié),，供電路徑上效率較高，很可能是未來發(fā)展的趨勢,。

二,、240V直流供電系統(tǒng)

針對380V高壓直流技術(shù)還不成熟，IT設(shè)備電源需要定制的情況,，國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用的240V高壓直流技術(shù)很好地解決了此類問題,。240V高壓直流技術(shù)源于220V電力電源及48V通信電源技術(shù)，具有成熟的技術(shù)和經(jīng)驗積累,，絕大部分IT設(shè)備不用任何改造就可以直接適配供電,。此外，240V高壓直流供電技術(shù)擁有96%的高效率,、智能節(jié)能休眠,、高可靠性、熱插拔易維護(hù)特性等,，極大地普及了高壓直流技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用展開,，截至目前，國內(nèi)已有近10萬臺以上的IT設(shè)備運(yùn)行在240V高壓直流設(shè)備之上,。

1,、 AC 240V HVDC 50% 50%

目前業(yè)界以騰訊為首等互聯(lián)網(wǎng)公司提出的基于240V高壓直流技術(shù)衍生出來的市電 240V高壓直流供電架構(gòu)，正進(jìn)一步改變傳統(tǒng)UPS等靠硬件多重冗余來保障可靠性的高投入低能效模式,。

對于目前大多數(shù)的雙電源服務(wù)器,，可以采用如上圖所示的采用一路市電直供，另外一路來自240V高壓直流的供電架構(gòu),。服務(wù)器電源內(nèi)部自動均流,，市電和240V高壓直流各承擔(dān)一半負(fù)載。由于市電直供支路可以達(dá)到近100%的供電效率,，而240V高壓直流供電具有的節(jié)能休眠控制策略可使其效率可在全負(fù)載范圍內(nèi)達(dá)到94%-96%,，這樣均分負(fù)載情況下的綜合供電效率高達(dá)97%-98%，比傳統(tǒng)的UPS供電架構(gòu)效率高出很多,，在保證2N供電可靠基礎(chǔ)上還實現(xiàn)了準(zhǔn)市電直供技術(shù)的高效率,。當(dāng)然，對于少量的單電源服務(wù)器,，可以直接掛接在240V高壓直流支路上,。

2,、AC 240V HVDC 100% 0% 服務(wù)器主從模式

在前面市電 240V高壓直流數(shù)據(jù)中心側(cè)不用任何變化，如果能在服務(wù)器的電源上做些主從設(shè)置,，或者目前部分廠家的服務(wù)器具備支持休眠一個電源的功能,，那么這種主從模式下，市電主供,、高壓直流系統(tǒng)休眠后備,，綜合供電效率更是高達(dá)99%，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的超高效率,。

實現(xiàn)服務(wù)器電源主從模式的方式很多,，如下采用騰訊專利的服務(wù)器電源調(diào)壓技術(shù)可以通過電源硬件上的微調(diào)，即可實現(xiàn)可靠的主從工作及故障切換等,，開展起來非常容易,。當(dāng)然也可以通過更為高級的軟件控制等策略實現(xiàn)雙電源工作在主從模式下，這里不再展開說明,。

采用主從模式工作下的服務(wù)器,，由于從電源在市電正常的時候基本不帶載，因此高壓直流系統(tǒng)可以只是個容量很小的充電器,，大大節(jié)省了240V高壓直流電源系統(tǒng)的投資及空間占用,，可以是電源和電池一體柜的簡單電池柜設(shè)計。市電正常情況下,，市電幾乎承擔(dān)絕全部負(fù)載,，同時對電池充電備用，實現(xiàn)99%的供電效率,。當(dāng)市電停電的時,，電池瞬間承擔(dān)起全部IT負(fù)載，直至柴油發(fā)電機(jī)起來帶起整個數(shù)據(jù)中心負(fù)載,，電池逐步退出并重新被充滿，繼續(xù)等待下一次停電發(fā)生,。

采用240V高壓直流技術(shù)可以比傳統(tǒng)供電方案實現(xiàn)高效率,，甚至實現(xiàn)近100%的市電直供，但其雙電源配置（當(dāng)然也可以類似facebook采用市電 240V高壓直流的單模塊雙輸入電源設(shè)計降低成本）以及高壓電池等仍不是很完美方案,，但仍屬于過渡技術(shù),，將會被新的更好技術(shù)取代。

未完待續(xù)