天元瑞信通信技术股份有限公司 陕西西安 710075
摘要：随着数据中心海量服务器的不断增多，高昂的运营费用将成为沉重的负担。为降低数据中心电源系统维护成本，在数据中心建设中引入240V直流+市电直供供电系统，该供电结构中主用供电分路使用市电直接供电至服务器端，热备供电分路使用240V直流系统作为保障供电电源。通过240V直流+市电直供对降低数据中心运行能耗有明显效果，能大幅下降维护费用。
关键词：市电直供；240V直流；数据中心；节能
1前言
随着IT业务的快速发展，数据中心IT设备的用电负荷及维护成本不断增多，成为企业的沉重负担，机房供电也朝着大容量、高可靠的方向发展成为重点，同时节能减排也是数据中心可持续发展的关键。
2机房供电的趋势及存在问题
机房的供电问题，关系到网络的安全等级和成本，历来成为业界关注的重点。随着数据业务的快速发展，机房的耗电问题、扩容问题和维护问题日益突出。但是随着机房规模的扩大，现在各行业的数据机房一般采用交流UPS电源系统供电，但交流UPS电源系统却有着明显的缺陷：
2.1效率低
对于供电级别要求高的机房，交流UPS设备一般采用1+1备份方式。为了保持系统的冗余，每台UPS的实际负载只能控制在35%以下，在电源资源的使用上有着较大的浪费。
2.2要求高
交流UPS供电系统通常采用多台并机工作模式，这种模式对UPS系统的并机控制电路要求很高，要求所有UPS的输出电压相等，频率、相位一致，否则无法并机。并机控制电路较复杂，一旦故障，将导致UPS并机失败，严重时可能造成系统断电。
2.3存在一定的安全隐患
UPS设备虽然有电池组作为供电的断电保障，但电池是通过逆变换进行输出的，如果逆变部分出现故障，同样会导致设备断电。
3 240V直流供电的一些优点
3.1 240V直流系统的模块化设计
240V直流系统采用模块化设计，可大容量并机集中式供电也可小容量一体柜分布式供电，供电方式非常灵活。采用240V直流系统可以直接放置在列头柜位置，无须配套的独立电力室，大大节省机房空间。而且供电故障影响面小，只影响一小区域，不像UPS出故障则影响一大片区域的供电。240V直流系统不仅供电设备可以分期建设，而且设备内部还可随着IT设备上架量不断增加，逐步按需配置模块个数。而且直流并机没有频率和相位相同的需求，因此并机非常简单可靠，同样系统扩容也非常容易。
模块化设计的另外一个重大好处是运维得到了大大解放，而且不再依赖于UPS厂家的支持。如果发现了故障模块，像48V的通信电源系统一样快速热插拔更换故障模块，便捷可靠。
3.2 关于240V直流系统的高效率
240V直流系统不再采用2N配置（如果要求高可靠性，完全也可以实现2N），而采用的是系统内部模块的N+1配置，且可以根据实际负载情况配置合适的整流模块个数，得到较高的负载率，从而有很高的系统效率。
不仅如此，由于240V直流系统自身具备的节能休眠功能，可以根据实时负载需求开启合适的工作模块个数，保证在全负载范围和机房全生命周期都可实现高效率。而不像传统的UPS方案在机房建成初期设备上架率较低时候效率很差。
240V直流系统的一个非常明显的优点是不但自身可实现成熟的电池管理，而且还有智能休眠节能功能，其原因仍是电池直挂母线。由于电池直挂母线，那么瞬时的负载冲击可以通过电池放电来做缓冲，休眠退出过程中电池放电，然后设备退出休眠后再正常带载，因此不会拉垮系统；而传统的模块化UPS方案若启动休眠，由于电池挂接在逆变环节之前，则可能无法及时退出休眠导致整个系统宕机掉电。
空载下240V直流系统启动节能休眠后功耗很低只有几百瓦，日耗电6度，而传统的UPS空载日耗电160度，低载下节能非常明显。并且240V直流系统休眠控制策略还具有同步老化以及定时唤醒功能，保证整个系统的各个整流模块同步老化，并提高系统的可靠性。
4 240V直流供电几种方案 比较
4.1单机供电方案
从以上分析上看，240V直流系统的单机可靠性要远高于UPS单机的可靠性，因为240V直流设备内部的N+1的模块化设计，以及有电池直挂母线作为备份。虽然可以有较高的可靠性，但毕竟是单路系统，那么可以采取下图的双路供电配电结构，采用来自同一电源系统的A、B路给双电源服务器供电，虽然是假双路供电，但任何一路跳闸，另外一路仍可保证设备不掉电。这种结构的一个不足是单电源设备的可靠性还不是非常高。
图1 双路供电配电结构示意图
4.2双系统双路供电配电结构
对于一些要求超高可靠性的系统，可以采用双系统双路供电配电结构来供电，这种配置方式下可靠性非常高，不仅实现了2×（N+1）配置，还有两路电池直接挂在母线上，达到了数据中心的可靠性等级。这种方式可靠性问题是解决了，但不足之处是投资成本会加大。
图2 双系统双路供电配电结构示意图
5 结语
随着数据中心技术的发展以及降低运营成本和节能减排的需求，240V直流技术不管是在节能、投资成本、可靠性以及运维便捷性等方面较传统的UPS都有明显优势，随着240V直流供电方案在大型的互联网数据中心等场合的越来越广泛应用，将逐步成为未来数据中心供电的趋势。
参考文献：
[1]刘郑海， 朱清峰， 刘宝庆. 市电直供在数据中心的应用[J]. 邮电设计技术， 2015 （01）：22-26.
[2]张广明，韩林. 数据中心UPS供电系统的设计与应用[M].北京：人民邮电出版社， 2008：119-183.
论文作者:雷明慧
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/1
标签：系统论文; 数据中心论文; 可靠性论文; 机房论文; 市电论文; 设备论文; 电池论文; 《基层建设》2017年第33期论文;