高壓直流供電在數據中心的作用及影響

陳碧寒 楊勝廣

【摘要】? ? 高壓直流（HVDC）電源可對直流電能持續實現供應，與交流UPS相比，它在技術、投資建設和應用前景上都具有較大優勢，并且和高壓直流供電相關的許多研究都證明HVDV供電比交流UPS顯著較優。所以人們對在數據中心能否有效的應用高壓直流供電技術投入了較大的關注，本文簡單分析了高壓直流供電的原理、優勢，僅供參考。

【關鍵詞】? ? 高壓直流供電? ? 工作原理? ? 優勢

一、HVDC供電系統平臺的工作原理

如圖1所示，HVDC供電系統主要組成部分包括整流模塊、監控單元、電池單元和直交流配電單元等。

當兩路交流正常輸入，交流切換裝置在交流配單單元輸入一路交流，交流被整流模塊轉換為HVDC，通過直流配電單元HVDC為設備供電，并對蓄電池承擔充電的任務。系統的監控負責管理和控制系統，通過分散采集和處理信號后，統一由監控單元進行管理，人機操作界面以顯示屏的形式顯示，為運維人員管理和監控HVDC供電設備提供方便。當交流出現輸入故障，設備則由蓄電池提供電源。相比較于UPS系統，整流逆變的中間環節更加簡化，由此帶來的損耗也相應減少，促使系統的運行效率得到了較大程度的提升。

二、HVDC供電系統的優勢

HVDC供電系統在輸出端連接電池，該電池在HVDC供電系統有故障出現的情況下仍能負載供電，持續為系統供電;HVDC供電系統是直流并聯并機，同電位是僅存問題，便于控制;HVDC供電系統并機不受數量限制，每個子監控單元都有可獨立運作自行進行控制的微機處理器，保證系統更加安全可靠;HVDC供電系統采用模塊化設計的各子監控單元為系統提供了靈活的組成方式;理論上HVDC供電系統的優點包括低能耗與投資、高可靠性、良好的維護性、占地較小等。

三、高壓直流系統的作用

1、促使成本降低，效益提升。相比較于傳統的UPS 系統，高壓直流系統減少了整流逆變環節，既使其損耗降低，還促使其工作效率得到較大程度的提升，因為該系統并機技術比較簡單，可同時對大量的模塊實現并聯，使每個模塊的利用效率提升了約七成，并且沒有DC/AC 逆變器、濾波設備和靜態旁路開關等的高壓直流系統主機上的器件數量顯著較少，也使設備成本有效節約的重要保障。

2、起節能降耗的目的。當前供電過程中使用的都是在線雙變換型的UPS主機，在其負載率超過1/2時，其轉換效率接近開關電源。但在具體的工程中，后端負載輸入的諧波和波峰因數對其會造成一定的制約，一般情況下UPS單機穩定運行設計的負載率最大為 35-45%，但系統會因受后端發展的設備業務的影響，其設計負載率在壽命后期才能達到，導致其長期在較低的負載率的情況下運行，一般只能達到80%的轉換效率，甚至還低。而高壓直流系統采用的結構為模塊化的，可按照后端設備的裝機率對整流模塊的開機運行數量進行合理的配置和控制，促使模塊負載率和轉換率保持一致水平。

3、使帶載能力得到提升。UPS系統帶載能力的制約因素主要有：（1）負載的功率因數，如國內某大型UPS廠商某類型的主機，在其輸出功率因數是0.5的情況下，其允許的負載率最大只達50%;（2）負載的電流峰值系數，一般UPS主機的波峰因數設計為3，假如負載的電流峰值系統超過3，則需陣容使用UPS主機。而直流系統對于這種功率因數的問題的不存在的，主要是因為其和內阻較低的容量較大的蓄電池組并聯，加上整流器模塊關于充電和備用的富余較多，其具有較強的對高電流峰值系統進行負載的能力，無需對安全富余的容量專門進行考慮。

4、保證供電更加可靠。UPS供電系統的架構整體系統的可靠性比單個組間的可靠性相對較低，為使其可靠性較低的問題得到妥善解決，需要采用并聯多機成雙總線冗余的模式進行供電，不僅增加了系統的成本，還導致存在逆變無效、不能直接把蓄電池組能向負載供給等問題。而高壓直流供電系統和蓄電池組、整流模塊并聯構成了冗余關系，總體可靠性比單個組間的可靠性相對較高。在交流電停電的情況下，蓄電池組可直接供給負載使用的能量，為供電系統的可靠性和安全性的提升提供了技術保障。

結語：綜上所述，當前高壓直流供電系統以其極大的優勢逐漸被各大互聯網服務商、運營商、百度、 騰訊、阿里巴巴等電子商務服務商在數據中心進行了廣泛的應用，并且高壓直流系統的構建還與我國節能減排理念相適應，對數據中心高效、節能目標的實現起到較大的促進作用，保證為國家電網建設提供的服務更加優質，所以高壓直流系統具有良好的發展前景。

參? 考? 文? 獻

[1]張樂豐.歐陽述嘉等.高壓直流供電在數據中心中的應用探討[J].電力信息與通信技術，2016（05）：88-92.

[2]吳建軍.數據中心高壓直流UPS供電系統的應用探討[J].自動化應用，2018（01）：44.