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随着高压直流供电技术的快速发展，在各大运营商中得到了广泛的运用。但是高压直流供电技术对服务器适应性提出要求，并且大型数据中心对基础电源需求量不断扩大，这样就导致目前的高压直流供电系统容量无法广泛适应大型数据中心的建设需求，所以为了能够增强高压直流供电系统对服务性的适应性，根据大型数据中心的未来实际发展需要进行判断，结合数据中心以及高压直流供电技术的发展现状进行分析，总结当前大型数据中心供电存在的不足，并且给出合理的优化方案。目前我国大多数的高压直流供电系统电压等级主要以240V和336V为主。鉴于高压直流供电系统相关规范电压等级以240V居多，故本次重点讨论240V电压等级的高压直流供电系统。
一、传统高压直流供电架构存在的不足
目前我国的通讯行业主要采用-48V直流供电系统，而传统的高压直流供电系统交流配电室内主要包括交流配电屏、整流器、直流输出屏、配套蓄电池等共同构成，所以当前高压直流供电系统主要的问题非常突出，一方面就是系统容量较小，另一方面就是供电系统结构不合理，根据通信行业的标准，通信用240V直流供电系统容量一般在1200A以下，最大不应该超过1600A。
在工程应用中系统的容量还必须要根据设备制造水平、蓄电池容量等因素进行合理的控制，所以大多数的主流高压直流设备厂家生产的电源模块一般最大就是在50A/240V左右，通过这样的设计能够尽可能的减少电源模块并联数量，并且减少占地面积。
目前规划设计的高压直流供电系统整流架大多都以800A为主，整个系统的容量偏小，尤其是对于大型数据中心来说，必须要通过许多套高压直流电源供电系统共同承载，才能够满足不间断供电需求。而且由于目前高压直流供电系统容量有限，各套电源系统直流输出分路需匹配机房列头柜配电做定制化配置，致使高压直流系统直流输出屏内部空间局促且配电环节增加，存在改善优化空间。
二、高压直流供电架构的改进措施
通过对上述高压直流供电架构存在的主要问题进行分析，明确了高压直流供电架构改进的主要方向，首先可以通过分散式的方法来加强，对于高压直流供电系统进行改造。
（一）分散式高压直流供电改造
随着大型数据中心的不断发展，高压直流供电技术应用也更成熟，用户对高压直流供电的认识和了解也在不断增加。除通信运营商外，不少其它行业用户已将高压直流供电系统应用在大型数据中心中。可考虑通过取消电力室高压直流电源系统直流总输出分路，直接采用整流器输出，为机房直流列头柜供电，同时也可以将蓄电池电缆直接引入到机房直流列头柜，通过这样的设计结构能够缓解高压直流供电单系统容量较小，直流输出分路应用不合理的问题。
鉴于整流器机架占地面积比较小且维护便利，可以实现优化，也可考虑将整流器在机房列头位置安装并保证系统交流输入，配电屏可以按照实际情况在列头或者机房特定区域进行安装，确保高压直流分散式供电架构的完整性。同时配电环节也不再需要设置专门的电力室，只需要设置单独的电池室即可。通过这样的结构系统优化，能够让整个数据机房的电源配电工艺结构得到明显的改善，加强了电源系统深入负荷中心，保证供电系统节能高效的运行，而且通过高压直流供电架构的整体优化，也能够通过合理的方式提高机房装机容量，保证机房高效利用。
（二）分散式高压直流供电的实现
为了能够保证高压直流供电系统发挥最大的优势，在机房列内安装可以采用模块化机架的方式，将高压直流电源设备和蓄电池组直接下沉布置在数据机架列头，并保证外观和尺寸能够与数据机架一致，既减少占地面积，又不会对原有的机房排列造成影响，譬如某些用户定制化的一体化微模块单元。通过这样的方式还能够增加蓄电池安装的灵活性和有效性，保证通讯机房整个工艺的布局更加的灵活普适，能够有效的提高数据机房运行的效率。由于所采用的整流技术非常成熟，也能够保证高压直流供电系统的运行稳定性和高效性。
通过分散式高压直流供电系统的运行，对通讯机房工艺布局有着非常大的改动，配套支持区布局不再需要设置高压直流电源机房，只需设置高低压变配电以及电池室即可。这样不仅可以有效减少配电环节，保证系统结构更加简单灵活，而且电源系统深入到负荷中心内部，能够缩短直流配电距离，大幅降低线路损耗，提高系统运行效率，避免线路传输干扰问题。此外在机房建设和管理过程中，通过在机房内部直接采用列头安装电源系统的方式，可以根据机房实际发展的情况和要求按需建设，既避免初投资浪费，又提升了后期灵活调整的能力，系统设计也能够更有针对性，让整个供电设备管理更加的高效。
（三）分散高压直流供电的实际应用
对于大型的数据中心机房，应用分散式高压直流供电的方式不需要设置高压直流系统电力室，能够节省大量的前期技改投入，也能大幅增加数据中心的出机架率。例如某用户定制化机房，机柜采用2N架构高压直流供电，有以下两种不同的解决方案：
方案一：集中高压直流供电方式。采用高压直流系统集中布置在电力室内方式，共需配置16套1600A/240V电源系统，其中高压直流电源电力室面积合计约380平方米，数据机房共提供300架数据机柜。
方案二：分散高压直流供电方式。若采用高压直流系统分散在机房微模块单元方式，不再设置高压直流电源电力室，数据机房共提供约368架数据机柜。
从两个方案可以明显看出，采用分散高压直流供电方式不再需设置电源系统电力室，节省出380平方米面积布置数据机柜，较集中高压直流供电方式多规划68架机柜，提高了机房利用率。
通过利用高压直流分散式的架构优化能够有效减少电源系统建设的前期设备和安装费用、配套空调和装修费用等，电源系统所占空间明显减小，增加了机房出机架数量，增加了业务收入。
若数据中心采用传统的UPS系统作为不间断电源供电，不仅设备工艺复杂，对设备元器件的性能以及整机要求的可靠性非常高，而且施工技术和施工要求也非常大，后期自主运维难度也很大，因此在深入了解高压直流电源系统技术背景和诸多优势后，越来越多用户的数据中心开始选择高压直流电源系统。较之传统UPS系统，分散式高压直流系统无论是单机价投资，还是电源区面积、机架数等方面都具有明显的优势，分散式高压直流系统也能够保证供电系统的架构更加合理。
由于高压直流系统目前尚没有在所有行业数据中心广泛应用，部分用户对其适用性、技术成熟度等方面还存在不少顾虑，所以在远期高压直流供电系统必须要不断的改进自身质量与技术水平，优化配电结构，增加与服务器产品的紧密衔接，拓展应用场景。同时还应在集中供电与分散供电之间寻找到合理的平衡点，保证数据中心的供电系统架构运行更加可靠。
结论：
通过对高压直流供电架构进行优化，可取消电力室，保证机房的布局更加合理，增加机房出机架率，也可以避免大量安装电源设备，减少数据中心建设和运营成本，为后续运维管理提供高可靠保障。
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论文作者:王涛 徐钦
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第12期
论文发表时间:2019/7/18
标签：高压论文; 供电系统论文; 机房论文; 数据中心论文; 系统论文; 分散论文; 架构论文; 《科技尚品》2018年第12期论文;