高压直流供电系统

市电输入、配电屏等组成的系统

高压直流供电系统的组成与传统的−48 V直流供电系统的组成一样，只是整流器的输出电压等级比−48 V高。系统组成由市电输入、高频开关整流器、配电屏、蓄电池组组成。

高压直流供电系统能够替代目前的交流UPS供电系统而为数据服务器供电。

1．服务器电源的基本原理

现在IDC机房的服务器内部一般使用可靠性较高的高频开关电源，把外部输入的交流电转化为内部电子电路所用的直流电。对于功能强、使用在重要场合的服务器或小型机，均配置两个及两个以上的模块并联运行。

虽然服务器设备输入是交流电源，但核心部分还是DC/DC变换电路，我们只要输入一个范围合适的直流电压给DC/DC变换电路，就同样能安全满足服务器设备工作。图5-7中因为输入端没有工频变压器，所以输入直流不会产生短路阻抗，就没有必要非得交流输入，不用交流也就没有必要用UPS，由此因UPS交流供电引起的一切不利因素也就自然而然地消失了。如果我们输入的直流合理地配上蓄电池，辅以远程监控，构成一个可靠的直流供电系统，就可取代交流UPS供电系统给服务器设备供电。

2高压直流供电系统的关键问题

电压等级的选择成为高压直流供电系统组成的关键问题。根据服务器的特点，目前高压直流供电系统电压等级的选择主要有两个标准。

（1）240V电压等级

在DC/DC的输入端电压范围为100VDC～373VDC，通过对服务器电源输入电压的分析，以及在实际中对服务器进行测试的数据，以240V为一种标称电压的观点已经得到认同。

在标称电压为240V的直流电压供电模式下，电池组配备120只2V电池（也可采用40只6V电池或者20只12V电池）。平时电池处在浮充状态，供电电压为270V。在电池供电时，最低电压为216V。在目前进行的测试中，服务器在这个电压下均能正常工作。

（2）380V电压等级

这类服务器电源在DC/DC的输入端电压范围为380VDC～400VDC，对应此类服务器电源则需要选择380V或以上的高压直流供电系统。

但是这种供电模式不适用国内现有的服务器设备，是对未来机房建设以及服务器设计的前瞻准备，因此要采用这种供电模式，需要服务器厂商的配合，也就是服务器电源要支持380V的高压直流供电模式。

相较于240V电压等级供电模式，380V电压模式供电情况下，会减少电缆耗铜量，线路损耗也会降低。

3高压直流供电系统的优缺点

（1）高压直流供电的优点

1）供电可靠性大大提高。采用直流供电的最大优点在于提高了供电的可靠性。这可以从三个方面体现：一是采用直流供电，蓄电池可以作为电源直接并联在负载端，当停电时，蓄电池的电能可以直接供给负载，确保供电的不间断。二是直流供电只有电压幅值一个参数，各个直流模块之间不存在相位、相序、频率需同步的问题，系统结构简单很多，可靠性将大大提高。三是虽然交流UPS系统可以提高冗余度来提高安全系数，但是由于涉及到同步的问题，每个模块之间必须相互通信来保持同步，所以还是存在并机板的单点故障问题。而直流模块没有这些问题，即使脱离控制模块，只要保持输出电压稳定，也能并联输出电能。

2）工作效率提高。和交流UPS系统相比，直流供电省掉了逆变环节，一般逆变的损耗在5%左右，因此电源的效率提高了。其次，由于服务器输入的是直流电，也就不存在功率因数及谐波的问题，降低了线损。再次，由于并机技术简单了，可以采用大量的模块并联，使每个模块的使用率可达到70%～80%，比交流UPS系统提高了很多。

3）系统可维护性增强。现在的交流UPS系统，涉及复杂的同步并机技术，整机的维护也只能依靠厂家。即使出现紧急情况时，我们的维护人员也只能等待厂家技术人员来解决，这些先天不足对安全供电存在较大的隐患。而采用直流供电，就如现在一直使用的−48V直流系统一样，系统由模块组成，虽然电压增高了，但只要做好安全防护措施，维护人员还是可以自己进行维护的，比如更换模块等。

4）扩容便捷。由于采用模块化结构，现在一个模块的容量一般在10kW左右，只要预留好机架位置，扩容是非常方便的。同时在建设的时候，可以根据服务器的数量逐渐增加模块数，使每个模块的负载率能尽量提高。这对于节能也是非常有好处的。

5）不存在“零地”电压等不明问题的干扰。因为是直流输入不存在零线，因此，也就不存在“零地”电压，避免了一些不明故障，维护部门也无需再费时费力去解决“零地”电压的问题。

6）投资及空间的节省。

（2）高压直流供电的缺点

1）对配电开关灭弧性能要求高。对于交流电，电流在周期内会有过零点，当短路时过零点的存在使开关断开时产生的电弧容易灭弧。而如果是直流电，就不存在过零点，灭弧相对困难。因此配电所需的开关性能要求更高，会相应增加配电部分的建设成本。

2）电缆线径的增加。按目前的配电结构，从UPS输出到楼层配电柜，是采用三相四线供电，如果采用高压直流供电，则是一相两线供电，在相同电压下输送同等功率，电缆的消耗量将会有所增加。

3）其他问题。从理论上服务器电源使用直流电压输入是没有问题，但还不能保证实际使用中会发生一些意外，比如可能存在某些服务器电源的特别设计而不能使用直流电，或者长时间使用会不会增加服务器的故障率等，这都要经过实际使用的检验。

再就是如果使用直流电源，当服务器设备损坏时，服务器厂家对该故障的认可，有可能会因我们使用直流电源供电不符合其设计要求而推卸责任。

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