直流（HVDC）不間斷電源系統(tǒng)

盡管所有國家的市電都是交流，但是IT設(shè)備內(nèi)部都采用直流供電,，這就為直流供電提供了可能,。事實(shí)上，通信行業(yè)采用直流48V供電已經(jīng)有幾十年的歷史,，電力行業(yè)也長期采用直流220V作為斷路器等設(shè)備的操作和控制電源,。

傳統(tǒng)UPS設(shè)備存在效率低、可靠性差,、靈活性和擴(kuò)展性差,、故障后不易修復(fù)等問題，所以業(yè)內(nèi)一直在尋找替換UPS的方案,。

國外早在上世紀(jì)90年代就提出高電壓直流供電的方案,，如1999年日本代表INTELEC上發(fā)布《290V直流供電系統(tǒng)是電信和數(shù)據(jù)高效和可靠的供電系統(tǒng)》。真正有效的推動直流供電大規(guī)模應(yīng)用,，卻發(fā)生在國內(nèi),，2007年，中國電信結(jié)合DC48V和DC220V系統(tǒng),，提出DC240V系統(tǒng)并應(yīng)用在江蘇省自用的數(shù)據(jù)機(jī)房,。隨后，中國移動提出了DC336V的系統(tǒng),。

圖2 是現(xiàn)有主流的高壓直流供電系統(tǒng)圖,，與通信行業(yè)48V直流系統(tǒng)架構(gòu)基本一致。與傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換在線式UPS系統(tǒng)的主要區(qū)別,，是取消了逆變環(huán)節(jié),，蓄電池掛接在直流母線，與整流器并聯(lián)，同時為IT設(shè)備供電,。由于直流電源拓?fù)浜唵?，因此故障率較UPS有所降低，因采用模塊化設(shè)計,，可在線維護(hù),。

圖2 現(xiàn)有典型高壓直流供電系統(tǒng)圖

2.1 DC240V or DC336V，電壓等級的選擇

采用高壓直流供電架構(gòu)遇到的第一個問題就是電壓等級的選擇,。涉及系統(tǒng)效率,、元器件耐壓、配電設(shè)備耐壓,、配電線路的金屬消耗,、與蓄電池的匹配、對現(xiàn)有IT設(shè)備電源的匹配等因素,，最重要的因素是對IT設(shè)備的兼容,。

DC336V系統(tǒng)浮充電壓為380V，采用單體2V電池168只,，適用于有PFC電路的IT設(shè)備或?qū)橹绷麟娫囱兄频腎T設(shè)備,，其優(yōu)點(diǎn)是配電線路的金屬消耗量小，轉(zhuǎn)換效率高,。其主要缺點(diǎn)是對現(xiàn)有IT設(shè)備的兼容性不如240V直流系統(tǒng),。

DC240V系統(tǒng)浮充電壓為270V，采用單體2V電池120只,，對現(xiàn)有IT設(shè)備的兼容性最好,，由于電壓較低，因此對人身的安全性較好,，其主要缺點(diǎn)是配電線路的金屬消耗最大,，與DC336V相比，電源轉(zhuǎn)換效率較低,。

DC240系統(tǒng)在國內(nèi)從提出到實(shí)施落地已經(jīng)超過7年,，保守估計，目前應(yīng)有數(shù)以十萬計的IT設(shè)備運(yùn)行在DC240V系統(tǒng)下,，其可行性得到較好的實(shí)踐檢驗(yàn),。其效率可以通過元件的選擇以及采用離線架構(gòu)（后文詳述）彌補(bǔ)，將電源與負(fù)荷就近布置也可以抵消配電線路金屬的消耗,。綜合考慮,，建議選擇DC240V。

2.2 DC240V 系統(tǒng)的IT設(shè)備兼容性

IT設(shè)備電源模塊的前端一般是一個橋式整流電路,，從原理上看,，輸入由AC220V替換為DC240V可以工作,，另外，中國電信等公司也做過一些IT設(shè)備DC240V供電兼容性的測試,，有些資料宣稱兼容性達(dá)98%以上,。

不論原理如何，也不論其他公司兼容性測試數(shù)據(jù)有多高,，當(dāng)決定選用DC240V直流供電后,，必須進(jìn)行系統(tǒng)的兼容性測試，建議的測試內(nèi)容至少包括：正常電壓,、反復(fù)上下電,、極性反接、誤接地,、欠壓保護(hù),、緩慢上電、長時間工作7項(xiàng)內(nèi)容,。

一項(xiàng)對34款服務(wù)器,、17款交換機(jī)所做的兼容性測試中，共有8款服務(wù)器電源,、1款交換機(jī)電源不支持,，服務(wù)器電源不兼容率高達(dá)24%,；5款I(lǐng)T設(shè)備不支持正負(fù)極反接,，這個需要在確定接口極性時特別注意；還有1款服務(wù)器在長時間（不小于3個月）測試中出現(xiàn)性能不穩(wěn)定,，經(jīng)常宕機(jī)情況,。有些雙電源服務(wù)器的2個電源模塊分別由不同的廠家提供，會有1個兼容另1個不兼容的情況,。不做相關(guān)的測試,，很難發(fā)現(xiàn)其中的問題，當(dāng)大規(guī)模上線后再遇到問題,，恐怕為時已晚,。

2.3 從在線（Online）到離線（Offline），節(jié)能到極致

與雙變換在線式UPS應(yīng)用類似,，高壓直流目前也以在線應(yīng)用為主,。所謂在線（Online），是指交流電能始終經(jīng)HVDC整流后為IT設(shè)備供電,，通常有6%以上的損耗,；所謂離線（Offline），是指正常情況下市電直供IT設(shè)備,，HVDC僅為蓄電池提供浮充,，市電中斷后,，轉(zhuǎn)由蓄電池供電，在這種架構(gòu)下,，正常情況為IT設(shè)備供電的電能不經(jīng)過HVDC轉(zhuǎn)換,，此部分損耗幾乎可以忽略。因此節(jié)能效果顯著,。圖2.3.1 – 2.3.3顯示了傳統(tǒng)UPS,、HVDC Online、HVDC Offline在系統(tǒng)效率上的差異,。

圖2.3.1 傳統(tǒng)UPS供電架構(gòu)

圖2.3.2 240V HVDC Online供電架構(gòu)

圖2.3.3  百度推出的HVDC Offline供電架構(gòu)

HVDC Offline架構(gòu)最大的問題在于IT設(shè)備供電的兼容性,。毫無疑問，這種架構(gòu)需要定制IT設(shè)備電源,。

最簡單的定制無需改變原有電源模塊的硬件,，只需修改控制軟件，調(diào)整其中1個模塊為熱備狀態(tài),，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單,，可靠性較高，缺點(diǎn)是熱備模塊的空載損耗較高,；如果做更深度的定制,，將備用模塊處于休眠狀態(tài)，可以進(jìn)一步節(jié)省備用模塊的空載損耗,。

由于IT設(shè)備的峰值功耗和常載功耗有較大差異,，另外IT設(shè)備的電源模塊配置容量通常偏大，所以采用主備供電時,，主用模塊的負(fù)荷率容易進(jìn)入效率較高區(qū)間,，加上熱備模塊的空載損耗，IT電源的整體損耗與雙路均分負(fù)載方式基本相當(dāng),。

此方案還有一個潛在的收益,，即IT設(shè)備主用模塊負(fù)荷率提高后，輸入端THDi明顯降低,，進(jìn)一步降低諧波在線路及變壓器上的傳輸損耗,。