高壓直流供電系統取代UPS 供電系統研究

楊飛

（南京基石數據技術有限責任公司 江蘇南京 210000）

隨著科學技術水平的不斷提高，人們對于更加智能化的科技生活的追求不斷提升，通信服務行業的社會關注度也越來越高。目前作為數據中心建設工作的重中之重就是能夠保障通信系統的正常運行，即完善數據中心的供電系統[1]。作為數據中心的技術關鍵點，如何建設出結構簡單、成本低、運行可靠、維護方便的供電系統，是所有數據中心技術人員一直以來的工作方向。近年以來，作為新時代綠色健康供電方式，高壓直流供電系統的應用越來越廣泛，甚至逐漸取代了UPS 供電系統。

1 數據中心內高壓直流供電的特點

近年來，數據中心因其功耗巨大的特點，使技術的重心再一次落在了供電系統上。一個完整的電力系統是怎樣的呢？例如發電機是電源，供應電能；電燈、電動機、電爐等是負載，它們分別把電能轉換為光能、機械能、熱能；變壓器和輸電線是中間環節，傳輸和分配電能。供電系統使整個電力系統的動力來源，是其他部分安全運行的基礎保障。作為現在應用最為廣泛的高壓直流供電系統具有以下特點：

1.1 高壓直流供電的優點

1.1.1 有利于降低成本和損耗

當遠距離大功率輸電下，高壓直流供電系統中，只需1 根（單極）或2根（雙極）導線。傳統輸電需要架空線路通常采用3 根導線，這樣一來提高了成本，同時造成浪費資源。所以，使用高壓直流供電系統進行供電有以下兩個優點：①使用高壓直流供電系統供電可以盡量避免輸電材料、運輸費用和安裝費用浪費的現象；②在數據中心這樣一個電量復合要求較大的地方，高壓直流供電系統的使用可以減少有效功率的損耗，同時可以減小無線電干擾現象的發生[2]。這樣一來，在供電過程中電路損耗小，能源利用實現最大化。在功耗巨大的數據中心，本來就因其供電系統整體規模和系統復雜的特點，建設成本逐漸上升。所以，在數據中心內使用高壓直流供電系統，既有利于降低投資成本，又能有效避免損耗和資源浪費。

1.1.2 穩定性好、限制短路

使用高壓直流供電系統進行數據中心的供電時，具有不受輸電距離限制的優點。直流供電系統中的線路構成是直流電路連接方式，直流電路與交流電路相比，具有無電抗、穩定性好的優點，而且采用交流輸電系統供電需要保證發電機與電力系統的同步性，一旦出現不同步的情況就會造成供電系統不穩定，供電效果大打折扣。同時，傳統供電系統是采用交流供電系統的，而交流供電系統中線路的構成是以交流電路連接方式，交流電路中短路電流過大。而在使用高壓直流供電系統供電時，可以有效限制電路短路電流。

1.1.3 運行高效、可靠性高

高壓直流供電通過晶閘管換流器能夠方便、快速地調節有功功率。在其他的供電方式中，不是通過晶閘管換流器，無法實現快速調節有功功率，進而提升供電效率。同時，高壓直流供電中，通過采用雙極線路還可以提高運行的可靠性。比如雙極線路中當一極故障，另一極仍可以大地或水作為回路，繼續輸送一半的功率，大大提高了運行的可靠性。

1.2 高壓直流供電的缺點

1.2.1 缺乏合適的直流斷路器

高壓直流供電系統應用的同時也面臨著一個現狀，就是目前市場上針對數據中心高壓直流供電系統運用的直流斷路器還是比較少。目前來看，由于數據中心采用高壓直流供電系統，時間不夠長，技術水平還不夠成熟，有針對性的、性能好的直流斷路器還需要進一步開發。

1.2.2 換流設備成本高

雖然高壓直流供電通過晶閘管換流器能夠實現方便、快速地調節有功功率，但是在帶來方便的同時也帶來一些隱患，比如在實現換流時需要大量的無功補償，這樣一來造成換流裝置成本升高，而且大量的無功補償導致能源的浪費。換流設備成本提高，對于供電系統投資比重大帶來負擔的情況只會愈演愈烈。

1.2.3 大地回路帶來技術隱患

在高壓供電系統中采用的雙極線路，提高運行的可靠性，為穩定供電提供了保證。但是，其中以大地作為回路，在具體實施時帶來了技術上的問題，缺少可靠的技術支持，避免隱患。

2 高壓直流供電系統的應用及限制條件

日常生活中，電能對勞動生產率的提高和社會生產力的發展起著巨大的作用。通過前文的分析，在科學技術高度發展的今天使用高壓直流供電系統供電是大勢所趨。那么依據高壓直流供電系統的供電特點，在實際生活中有哪些應用？應用過程中又有哪些限制條件？下文將進行具體說明。

2.1 應用于遠距離大功率輸電

在需要遠距離大功率輸電時，應用高壓直流供電系統實現高效、穩定供電。因為高壓直流供電的控制系統響應快速，易于調節，同時可以有效地限制短路電流，使其基本保持穩定。交流電力系統互聯或配電網增容時，直流輸電可以作為限制短路電流的措施。限制條件就是高壓直流供電只能實現端口對端口，所以在應用高壓直流供電時，注意分區調度管理輸電網絡。

2.2 應用于海底電纜輸電

應用高壓直流供電系統進行海底電纜輸電時，直流供電系統中的線路構成是直流線路連接方式，而這種直流電路連接通常是采用兩根有色金屬和絕緣材料的心線，相比需要三根的交流電路，在應用于海底電纜輸電時具有允許工作電壓高、電阻損耗小的優勢。限制條件是可控的硅元件的過載能量較低，同時應用大地和海水作為回路時，對地面或海底

的金屬設施因產生的回流電流容易造成腐蝕。

3 未來前景

在被人們應用于日常生活的眾多能源中，最便于電能是最符合人類社會對于能源便利性的需要的，因為電能利用到生產生活的各個方面，能達到便捷、高效的效果。實現電信號與數字線號之間轉化，靈活生產過程中的每一個步驟，甚至實現高度自動化，節省人力和時間成本，提高生產效率。同時，巨大的用電容量給數據中心建設和運營都帶來了巨大的壓力，建設安全可靠、運行高效和節能環保的供電系統是十分重要的。在未來高壓直流供電系統將進一步被大眾所認可，獲得更加廣泛的應用。同時，針對高壓直流供電系統存在的缺點，以及在應用高壓直流供電出現的限制條件，在未來也是我們技術攻堅的重點，也必然會引發電能傳輸劃時代的變革。

4 結語

未來必將是綠色、健康、可持續的未來，而作為耗電量巨大的數據中心來說，他的技術關鍵也是綠色、健康、可持續的供電。通過高壓直流供電系統取代USP 供電系統的研究，在數據中心內使用高壓直流供電，可以實現安全高效供電，同時降低輸電成本和功率損耗，是建設綠色健康可持續供電體系的必然選擇。