（广东鼎华科技股份有限公司 广东佛山 528000）
摘要：互联网的不断进步促进了数据中心机房建设的飞速发展，对其电源系统展开研究十分必要。本文分析了分布式电源系统在数据中心机房建设中的应用，对两种供电方案的经济性进行了比较，并分析了分布式电源系统的特点与优势。
关键词：分布式供电系统；数据中心；应用
引言
随着大数据、云计算、物联网技术的不断发展，社会对数据中心机房建设的需求日益提高，对其电源系统也提出了更高的要求。而当前数据中心机房普遍使用的不间断电源系统存在着能耗大、效率低、可靠性不高等缺点，影响到了数据中心机房运行的效益。基于此，笔者介绍了数据中心机房的分布式电源系统。
1.系统工作原理
分布式电源系统具有高性能、高效率、高功率密度、高可靠性等特点，是一种电源系统深入负荷中心的全新供电模式，即将电源系统DPS模块直接集成在IDC机柜内部。DPS模块有多种配置方式：市电＋UPS锂电、市电＋高压直流锂电、UPS锂电＋UPS锂电，每个机架都可按需提供最优方案。在多种DPS配置方式中，市电＋高压直流锂电的配置效率最高、最经济。
这种新型的DPS，去掉了逆变单元，采用了高压直流技术，主要由输入输出单元、充电模块、锂电池组、系统监测控制电路、输出切换装置等部分组成，市电正常时，由市电直接给负载供电；市电异常或断电时，由后备磷酸铁锂电池给负载直接提供高压直流电源。
（1）当市电正常时，市电经由DPS的交流旁路和输出切换装置所组成的供电系统向负载直接供电，系统监测控制电路同时进行市电检测及蓄电池充电管理。此时，用户负载实际使用的电源是来自电网的市电。因此，此时DPS电源工作在市电直供模式，可以有效地节能。
（2）当市电供电中断或市电电压超限时，输出切换装置在系统监测控制电路的调控下，立即切断DPS的交流旁路输出，投切至高压直流侧供电。此时，用户负载所使用的电源是通过蓄电池组提供的直流电源，而不是来自市电，比传统的UPS通过逆变器供电具有更高的效率，功耗很小，节能效果明显。
（3）当市电恢复正常时，DPS的系统监测控制电路首先监测到市电恢复正常，然后发出控制信号到输出切换装置，执行从高压直流供电向交流旁路供电的切换操作。此后，DPS在经交流旁路向负载提供市电的同时，还通过充电器向蓄电池组进行恒流或恒压充电。
在实际应用中，由于IDC设备通常都要求具有两路电源供电，一般IDC机房也有两路不同的市电引入。因此，一台DPS电源设备通常也会集成两个独立的供电模块，各自引入一路市电，通过相互独立的交流旁路，为IDC设备提供两路电源。这样，每台IDC机柜只需配置一台DPS电源设备即可满足供电要求。
2.简要方案及经济性比较
分布式电源系统设备由电源模块、控制模块和锂电池模块组成，各模块组合安装在一个主机箱中，主机箱可部署在标准的IDC机柜内，配合能源管理系统可以做到供电资源的按需调度。分布式电源向IDC设备提供240V高压直流或220V交流；当电网断电时，由后备磷酸铁锂电池组提供电源，以保证供电无中断。
某数据中心机房三楼长42m，宽13．5m，可安装208个机架，每机架功耗按4kW考虑，总耗电量为832kW，合1040kVA；需建设3套单机容量为400kVA的2台并机UPS系统共６台主机（UPS集中供电方案），或部署208架分布式电源设备（DPS分散供电方案），为IDC设备供电。两种供电方案的整体经济性比较如表1所示。
直接投资分析结论：
考虑机房内208个机架，采用传统UPS集中供电建设方式，电源系统工程总投资约为880万元，大楼建设初期对于300平方米电力电池室承重要求的建设成本初步估算约为30万元，合计总投资910万元，折合单机架约为4.37万元／机架；采用DPS分散供电建设方式，电源系统工程总投资约为1241万元，折合单机架约为5.96万元／机架。但DPS分散供电建设方式，不需进行电力电池室建设，节约相应面积。此面积可以用于IDC机房，可布置60个IDC机架，年租金约为360万元。DPS分散供电建设方式增加的建设投资成本当年就能收回，而且机房每年可增加360万元的直接收益。
因此，综合各项成本及收益，DPS系统分散供电方案经济效益优于UPS集中供电方案。
3.系统特点及优势分析
与传统的UPS供电方式相比，ＤＰＳ电源具有以下特点：
（1）采用分散供电方式，系统安全性高。DPS供电分散至每个机柜，系统大面积发生故障的可能性大大降低。采用DPS电源系统后，电源系统容量可以根据机房实际装机需求进行逐步扩容，提高机房可用性，减少投资压力。
（2）DPS产品体积小、重量较轻，为机架内安装，对建筑结构没有特殊要求，适用于各类通信机房。取消电力电池室的建设，节约机房前期土建成本。
（3）DPS系统建设周期较短，可进行分批建设，根据用户设备进场时间分批购置电源设备，以减少电源系统空载或轻载时间。
（4）磷酸铁锂电池不含铅和硫酸，其生产、使用和回收处理不会对环境造成任何重金属和酸液污染，比较绿色环保。且相对于传统的铅酸蓄电池转换效率高，铁锂电池能量转化效率高达96％以上，而传统铅酸电池约为70％～80％。从上述分析来看，在工程建设方面，DPS电源系统与传统UPS相比，有着其独特的优势，具体表现如表2。
4.应用前景
尽管DPS设备的产品性能优势和技术可行性还有待进一步验证、制造成本有待降低，但由于其体积小、重量轻、供电效率高、清洁无污染。随着通信电源新技术的不断发展应用，通信电源设备可靠性的不断提高，以及IDC机房规划、设计、建设人员的观念革新，相应产品标准、建设规范的健全完善，特别在经济市场效益优先的背景下，相信DPS供电将成为建设高密度IDC机房的主要模式之一。
5.结语
综上所述，分布式电源系统具有体积小、效率高、可靠性高、有效性好等优点，在数据中心机房建设中具有良好的应用价值。本文分析了分布式电源系统的特点和优势，并比较了分布式电源系统与不间断电源系统两种供电方案的经济性，为数据中心机房建设中电源系统的选择提供参考。
参考文献：
[1]史海疆，李兴林.大型数据中心电源系统设计探讨 访悉地国际设计顾问有限公司电气总工李兴林[J].电气应用，2016，35（12）：6-8.
[2]庄琪.浅析DPS技术在IDC机房的应用[J].信息通信，2014（09）：254-255.
[3]朱关峰，张学志，王丽.DPS在数据中心机房中的应用及分析[J].电信快报，2013（04）：38-40.
论文作者:邓立东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/6
标签：市电论文; 电源论文; 机房论文; 系统论文; 分布式论文; 数据中心论文; 机架论文; 《电力设备》2018年第10期论文;