論向IT設(shè)備供電技術(shù)應(yīng)用研究

原 錕 楊世忠

（中國(guó)電信集團(tuán)公司）

1 全世界向IT設(shè)備供電技術(shù)研究簡(jiǎn)況

近年來，我們聽了很多專家的關(guān)于全世界向IT設(shè)備供電技術(shù)應(yīng)用研究的情況介紹，了解到眾多國(guó)家的研究信息。各標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體、企業(yè)提倡HVDC的供電電壓分布如圖1所示。

2 困惑與思考

具有創(chuàng)新意識(shí)的人，意向創(chuàng)建一套全新的供電技術(shù)。當(dāng)人們打開IT設(shè)備電源模塊的黑匣子后，看到某一點(diǎn)電源為310 V時(shí)，即提出了300 V直流的應(yīng)用方案，當(dāng)看到某一點(diǎn)電源為380 V時(shí)，即提出了380 V直流的應(yīng)用方案……，于 是 乎240 V、270 V、288 V、300 V、336 V、380 V等不同電壓應(yīng)用方案蜂擁而至，很多應(yīng)用研究數(shù)年之久仍在研究之中，終難推廣。就連呼聲很高的“380 V應(yīng)用”，使用也是寥寥無幾。

眾多專家提出了這么多電壓等級(jí)的應(yīng)用方案，我們不禁思索，為什么有那么多的不同應(yīng)用方案？各自的出發(fā)點(diǎn)是什么？要達(dá)到何等目標(biāo)？應(yīng)用方案的最終目的都是向IT設(shè)備提供一個(gè)安全穩(wěn)定的供電技術(shù)，那么多的應(yīng)用方案都可以實(shí)現(xiàn)，這種現(xiàn)象又說明什么問題？眾多方案中，誰最具優(yōu)勢(shì)？誰最安全？誰最節(jié)能？

如此多的問題答案眾說紛紜，令人難分伯仲。那么多人各自推崇某一種技術(shù)方案，形成了很多技術(shù)應(yīng)用流派，原因何在？其實(shí)我們都陷入了類似于“盲人摸象”的魔咒之中。

各路專家在研究向IT設(shè)備供電技術(shù)問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意到兩個(gè)重要因素：

（1）國(guó)家供電體制中市電交流電壓堅(jiān)如磐石，不可變動(dòng)。中國(guó)是這樣，類似的其它國(guó)家供電體制同樣不可變動(dòng)。因此，中國(guó)IT設(shè)備將大量、長(zhǎng)時(shí)間使用交流電源220 V。

（2）IT設(shè)備的基本電源是12 V、5 V、3 V，也是根基堅(jiān)實(shí)，無法撼動(dòng)。

在中國(guó)，一批專家提出了標(biāo)稱電壓為240 V直流的供電方案。此方案的提出引起了國(guó)外專家的詫異，更讓人意想不到是在中國(guó)通信行業(yè)內(nèi)不到5年時(shí)間里，基本完成了創(chuàng)意—實(shí)驗(yàn)—試用的快速推進(jìn)，到2011年度末，已取得了優(yōu)異成績(jī)。

圖1 各標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體、企業(yè)提倡HVDC的供電電壓

眾多方案都能做到向IT設(shè)備供電的同一目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)的方案就是好方案。國(guó)際性的高電壓直流應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是一個(gè)寬范圍的，而不應(yīng)是窄范圍的，取200 V－400 V為好。

眾多應(yīng)用技術(shù)向我們揭示了一條鐵定定律：能量取自市電，IT工作基本電壓為12 V、5 V、3 V。任何應(yīng)用方案都無法回避這兩個(gè)必要條件。只要保證必要條件，向IT設(shè)備供電技術(shù)方案將會(huì)有無數(shù)種，足夠人們?nèi)ュ谙肱c實(shí)踐。

在兩個(gè)基本要素不變的前提下，怎樣確定向IT設(shè)備供電應(yīng)用技術(shù)方案？我們遐想有這樣一個(gè)命題：從甲地前往乙地，有步行、騎馬、騎自行車、乘汽車、坐火車、乘飛機(jī)等多種行徑方案，還可能有組合式行徑方案，縱觀各種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，關(guān)鍵看你側(cè)重的是哪一個(gè)方面。

盲人摸象的寓言給了我們啟示：看問題要全面，不要片面。堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)很重要，但要學(xué)會(huì)聽別人的觀點(diǎn)，學(xué)會(huì)把事情了解得更清晰、更全面、更準(zhǔn)確。

3 在浩瀚的技術(shù)海洋中選擇適合中國(guó)國(guó)情的供電技術(shù)

我們很佩服220 V交流UPS的供電技術(shù)意圖，它源自于市電，經(jīng)技術(shù)處理后又還原于市電，但此市電已不是彼市電。交流UPS輸出的電源已具有抗外部沖擊、純凈、相對(duì)穩(wěn)定等很多優(yōu)點(diǎn)。它的使用具有通用性，所以其應(yīng)用范圍是寬廣的。

我們力推240 V直流系統(tǒng)是這樣看問題的。交流UPS存在能耗高，可靠性低，維護(hù)、擴(kuò)容難度大，建設(shè)成本高等問題。但交流UPS的存在已有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，相當(dāng)多數(shù)量的設(shè)備在現(xiàn)網(wǎng)上運(yùn)行使用，如何扭轉(zhuǎn)不利因素，是我們關(guān)注及思考的重點(diǎn)。UPS供電與高壓直流供電區(qū)別如圖2所示。

出路在于采用創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)，選擇一種可以替代交流UPS的新的供電技術(shù)，但必須具有可替換之優(yōu)點(diǎn)。恰在此時(shí)有專家發(fā)現(xiàn)符合TIX、SSI兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IT設(shè)備電源模塊具有兼容240 V直流電源的能力，于是，圍繞240 V直流供電技術(shù)應(yīng)用研究展開了。

圖2 UPS供電與高壓直流供電（HVDC）區(qū)別

在2007年至2011年期間，中國(guó)通信行業(yè)提出IT設(shè)備用電兼容，可使用交流電源也可使用直流電源，并得到驗(yàn)證可行。短短5年，中國(guó)通信行業(yè)“240 V直流供電應(yīng)用”高速度和廣范圍的推廣推動(dòng)了世界IT設(shè)備用電格局的創(chuàng)新研究。

240 V的應(yīng)用旨在不對(duì)現(xiàn)有IT設(shè)備進(jìn)行改造或只做少量改動(dòng)，就能部分替換交流UPS的使用，極具廣泛的復(fù)制性。直流240 V的技術(shù)應(yīng)用倡導(dǎo)兼容極具生命力，該系統(tǒng)既可在專用環(huán)境下使用，也可在通用環(huán)境下應(yīng)用。240 V的應(yīng)用，發(fā)掘出了符合“ATX”和“SSI”標(biāo)準(zhǔn)的IT設(shè)備具有兼容交直流雙電源的工作潛能，促進(jìn)了IT設(shè)備用電潛能的提升與完善，使IT設(shè)備具有增強(qiáng)適應(yīng)多環(huán)境、多種供電方式的真實(shí)能力。

4 240 V直流電源技術(shù)的應(yīng)用回顧

2007年，中國(guó)電信江蘇鹽城分公司趙長(zhǎng)煦開始了關(guān)于IT設(shè)備能否使用直流供電的研究。2007年10月，他開始將部門辦公用的38臺(tái)電腦和其他通信設(shè)備使用270 V直流電壓取代交流220 V電壓供電。此舉，為電信行業(yè)應(yīng)用240 V直流技術(shù)開創(chuàng)了先例。中國(guó)電信提出高電壓直流的設(shè)想，得到了中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）通信電源與通信局站工作環(huán)境技術(shù)工作委員會(huì)（TC4）的認(rèn)可與支持。此后有關(guān)IT設(shè)備使用高電壓直流的研究及應(yīng)用在通信行業(yè)迅速展開。

4.1 240 V標(biāo)準(zhǔn)正在循序漸進(jìn)的建立與完善

2008年江蘇電信制定《通信設(shè)備高壓直流供電安裝設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》，江蘇電信已明確全省推廣使用，省級(jí)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)；

2009年，《通信用240 V直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求》（YDB 037－2009）發(fā)布；

2010年，中國(guó)電信《通信用240 V直流供電系統(tǒng)節(jié)能試點(diǎn)技術(shù)指導(dǎo)意見》發(fā)布；

2011年，通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《240 V直流電源系統(tǒng)》（YD／T2378—2011）發(fā)布；

2012年中國(guó)電信《通信用240 V直流供電系統(tǒng)》發(fā)布執(zhí)行。

4.2 240 V設(shè)備性能及技術(shù)水平快速提升

中國(guó)電信從2008年開始高度關(guān)注240 V設(shè)備及配電的質(zhì)量和應(yīng)用安全問題。集團(tuán)電源維護(hù)技術(shù)支撐中心對(duì)IT服務(wù)器電源模塊進(jìn)行了廣泛測(cè)試，找出了部分不適用240 V直流的IT設(shè)備型號(hào)的解決對(duì)策。

中國(guó)電信連續(xù)數(shù)年與電源設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行不間斷的技術(shù)溝通與交流，快速推進(jìn)設(shè)備及應(yīng)用的整體質(zhì)量。2011年集團(tuán)公司決定，由集團(tuán)電源維護(hù)技術(shù)支撐中心操作，完成了國(guó)內(nèi)外17家240 V直流電源產(chǎn)品測(cè)試摸底工作，為中國(guó)電信240 V集采工作順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.3 IT設(shè)備明確兼容240 V

中國(guó)電信從2009年至今，與IT設(shè)備供應(yīng)商及設(shè)備制造商建立了240 V兼容應(yīng)用溝通機(jī)制，在2011年度IT設(shè)備集采中明確提出了IT設(shè)備兼容240 V應(yīng)用的要求。

4.4 IT設(shè)備供電、環(huán)境及安裝要求

設(shè)備電源模塊必須符合SSI和ATX規(guī)范，并可做到回路上無并聯(lián)對(duì)直流電壓呈現(xiàn)短路狀態(tài)的感性電子元器件，電源回路上無串聯(lián)對(duì)直流電壓呈現(xiàn)開路狀態(tài)的容性電子元器件，無對(duì)交流頻率監(jiān)測(cè)的要求。電源模塊宜配置具備滅弧功能的空氣開關(guān)。

使用交流220 V的IT設(shè)備必須能夠兼容使用直流240 V電源（192 V～288 V），保證在零地電位差為2 V的情況下設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。中標(biāo)廠家明確表態(tài)產(chǎn)品支持兼容240 V電源應(yīng)用。

中國(guó)電信已完成IT設(shè)備使用240 V電源的情況匯集工作。收集有幾十個(gè)品牌500余個(gè)型號(hào)設(shè)備，其中可用240 V電源的型號(hào)設(shè)備，占總數(shù)的93%，只有少數(shù)型號(hào)設(shè)備不適宜240 V電源，占總數(shù)的7%。

中國(guó)電信實(shí)際應(yīng)用后統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，可用240 V直流電源的IT設(shè)備在IT設(shè)備總數(shù)中占比大于98%，不可用數(shù)量小于2%，這是因?yàn)椴豢捎卯a(chǎn)品多為早期IT型號(hào)，在網(wǎng)使用數(shù)量已經(jīng)很少。

5 240 V推廣應(yīng)用現(xiàn)狀

5.1 中國(guó)電信應(yīng)用總況

自2007年始至2011年11月底，中國(guó)電信全網(wǎng)用240 V直流電源系統(tǒng)數(shù)已達(dá)到252個(gè)，直流總?cè)萘砍^10萬安培，功率為24 000 k W，相當(dāng)于交流UPS 30 000 k VA的供電能力，其分布情況如圖3。

使用240 V直流電源的IT設(shè)備已超過46 000臺(tái)，分布于20個(gè)省（區(qū)、市）74個(gè)地區(qū)如圖4。其中：江蘇126套、湖北22套、浙江16套、上海14套、廣東13套、貴州13套、江西11套、四川10套、河北5套、廣西4套、北京3套、吉林2套。江蘇電信、湖北電信、浙江電信在2011年度240 V應(yīng)用中保持領(lǐng)先地位。

圖3 2011年度中國(guó)電信240 V直流系統(tǒng)應(yīng)用分布情況

圖4 中國(guó)電信IT設(shè)備使用240 V逐年應(yīng)用情況

表1 中國(guó)通信行業(yè)240 V直流系統(tǒng)數(shù)概況

表2 中國(guó)通信行業(yè)240 V應(yīng)用總?cè)萘扛艣r

5.2 中國(guó)通信行業(yè)應(yīng)用概況（數(shù)據(jù)來源于部分設(shè)備供應(yīng)商的供貨記錄）

截止到2011年底，中國(guó)通信行業(yè)240 V直流系統(tǒng)應(yīng)用已達(dá)到332個(gè)（見表1），總供電容量達(dá)到153 610 A（見表2），功率為36 720 k W。相當(dāng)于交流UPS 46 000 k VA的供電能力。

5.3 應(yīng)用所產(chǎn)生的作用及節(jié)能減排效果

（1）供電品質(zhì)提升：可用度由“六個(gè)9”向“十個(gè)9”逼近；

（2）按照系統(tǒng)節(jié)電率12%計(jì)算：中國(guó)電信年度節(jié)電達(dá)2 500萬度，通信行業(yè)年度節(jié)電可達(dá)3 800萬度。

（3）節(jié)約建設(shè)投資估算：按照一個(gè)240 V 1 000 A直流系統(tǒng)與“1＋1”300 k VA交流UPS系統(tǒng)比較，中國(guó)電信已節(jié)省建設(shè)投資5 300萬元，全行業(yè)已節(jié)省建設(shè)投資達(dá)8 200萬元。

6 結(jié) 語

任何一種應(yīng)用技術(shù)要想得以推廣應(yīng)用，必須整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上下聯(lián)動(dòng)、互相配合。在中國(guó)240 V的供電技術(shù)應(yīng)用獲得了良好開局，它已在技術(shù)應(yīng)用研究的深度和試用廣度方面，躍居IT設(shè)備使用高電壓直流供電應(yīng)用的世界第一。

從中國(guó)電信240 V直流電源企標(biāo)的發(fā)布，到通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《240 V直流電源系統(tǒng)》YD／T 2378—2011的發(fā)布，同時(shí)相應(yīng)的國(guó)家工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也正在制定中，這標(biāo)志著240 V直流電源的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已基本完善，正在全面應(yīng)用中。

眾人拾柴火焰高，中國(guó)通信行業(yè)牽頭，各行業(yè)、各方面都積極為240 V直流供電技術(shù)獻(xiàn)力獻(xiàn)策，具有中國(guó)特色的240 V直流供電技術(shù)應(yīng)用將會(huì)取得更大成效，將會(huì)以更快的速度推廣應(yīng)用。

240 V直流供電技術(shù)是中國(guó)的，也是世界的。