數(shù)據(jù)中心機(jī)房中應(yīng)用高壓直流UPS供電模式探討

趙暉

摘 要：數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用作為科技研究的前沿，其自動性和智能性對人們的生產(chǎn)生活起著十分重要的作用。同時(shí)，數(shù)據(jù)的安全與穩(wěn)定，對數(shù)據(jù)處理的正確性十分關(guān)鍵，在硬件設(shè)備中，確保電路的暢通與供電的正常是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。高壓直流UPS供電模式是當(dāng)今新的技術(shù)，也是未來數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)依賴的主要技術(shù)，做好技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心機(jī)房;高壓直流UPS供電;創(chuàng)新;應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)處理水平與應(yīng)用高度一直都影響著一個(gè)國家的整體生產(chǎn)力的發(fā)展水平。數(shù)據(jù)的處理在每時(shí)每刻都在進(jìn)行，小到人們生活，大到國家生產(chǎn)，每一秒都在進(jìn)行著大量的數(shù)據(jù)處理，尤其是智能化水平越來越高的今天，數(shù)據(jù)處理的速度就是人們生活的方便程度，是一個(gè)國家科技水平的體現(xiàn)。因此，確保數(shù)據(jù)中心機(jī)房的穩(wěn)定與不間斷，是數(shù)據(jù)處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)、確保數(shù)據(jù)安全的前提，需要不斷的更新供電技術(shù)與硬件水平來實(shí)現(xiàn)。

1 高壓直流UPS供電系統(tǒng)技術(shù)的先進(jìn)性

傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)，為交流供電系統(tǒng)，多應(yīng)用于計(jì)算機(jī)信息設(shè)備，主要是將在主機(jī)電源處連接一塊續(xù)航時(shí)間較長的電池設(shè)備，將電路設(shè)備模塊化，能夠通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電，通過“交流-直流-交流”的變換才能供給服務(wù)器。起到穩(wěn)壓、濾波、不間斷供電的作用，實(shí)現(xiàn)在外部斷電的情況下，能讓計(jì)算機(jī)設(shè)備不斷電正常工作一段時(shí)間，給所連接的計(jì)算機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或其他支持UPS系統(tǒng)原理的電子設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力輸出。另外，UPS供電設(shè)備對電子設(shè)備的保護(hù)作用也很明顯，在供電時(shí)，能夠起到穩(wěn)壓器和濾波器的作用，能夠穩(wěn)定電壓，順暢供電，保證設(shè)備正常的工作。

高壓直流供電也是一種常見的供電方式，通常采用的是大功率遠(yuǎn)距離直流輸電。輸電過程為直流。高壓直流UPS供電系統(tǒng)則是數(shù)據(jù)中心機(jī)房確保供電穩(wěn)定的又一個(gè)新的方式，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的高壓直流電池，利用了高壓直流電的大功率的特征，其包含了高壓直流供電與交流UPS供電方式的結(jié)合與轉(zhuǎn)化，提高了供電系統(tǒng)的兼容性，能夠兼顧UPS和-48V通信電源的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)功能的互補(bǔ)，不需經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)換，可以迅速的隔離供電系統(tǒng)中故障的危險(xiǎn)。相比于UPS供電方式，高壓直流UPS提高了數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)負(fù)載供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性。另外，高壓直流UPS供電系統(tǒng)比傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)與單純的高壓直流點(diǎn)供電在能耗上要低，在建設(shè)規(guī)模上與利用率上，能夠節(jié)省資源，提高利用率。

2 高壓直流UPS供電模式的應(yīng)用原理

數(shù)據(jù)中心的高壓直流UPS供電系統(tǒng)要滿足中心的運(yùn)營要求，重點(diǎn)在可靠性和穩(wěn)定性上需要起到保障作用。主要分為幾個(gè)部分的工作。

1）整流模塊穩(wěn)定功率。數(shù)據(jù)中心對電能的質(zhì)量要求很高，電能質(zhì)量對計(jì)算機(jī)設(shè)備的壽命與平穩(wěn)運(yùn)行影響很大，計(jì)算機(jī)設(shè)備是非線性負(fù)載，工作中造成電網(wǎng)諧波，需要通過濾波來實(shí)現(xiàn)供電功率的校正與穩(wěn)定，以保證直流供電電源持續(xù)的高輸出。高壓直流UPS供電一般采用三項(xiàng)輸入，由前后兩級電路結(jié)構(gòu)組成，前級電路進(jìn)行功率因數(shù)校正整流電路，后級電路是直流降壓電路。這種模塊化的組成結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒛K之間形成并聯(lián)，采用降壓拓?fù)洌M(jìn)一步提高整流環(huán)節(jié)的效率。

2）電池模塊確保不間斷供電。電池模塊主要是保證在電路意外故障、臨時(shí)斷電的時(shí)候，確保數(shù)據(jù)中心設(shè)備能夠在一定時(shí)間內(nèi)確保正常運(yùn)行，或是留有數(shù)據(jù)備份的時(shí)間，確保數(shù)據(jù)不會丟失。高壓直流UPS供電儲能電池一般采用240V直流電源產(chǎn)品，同時(shí)其中增加電源監(jiān)控設(shè)備，在電流不正常或是斷電的情況下，能夠及時(shí)通過電池供電補(bǔ)充備用。高壓直流UPS供電的電池模塊一般采用混合儲能的方式，隨著科技的發(fā)展，電池的功能也越來越強(qiáng)大，充分發(fā)揮功能存儲與能量存儲的優(yōu)勢，有效的提高儲能裝置性能。能夠大大提高電池工作效率，延長電池壽命。

3）配電與絕緣檢測。數(shù)據(jù)中心直流供電包括交流配電和直流配電。交流配電將不同路市電分配置整流電源模塊。直流配電將整流電源通過斷路器、熔斷器等輸出到各服務(wù)器。絕緣檢測就是對數(shù)據(jù)處理設(shè)備與接地等絕緣防護(hù)方式進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，尤其是高壓直流電的應(yīng)用，更加重視絕緣防護(hù)對人身和設(shè)備的安全保護(hù)。

3 高壓直流UPS供電的幾種模式

1）直流斷路器設(shè)置。高壓直流UPS供電重要的組成部分就是直流斷路器，主要是提高系統(tǒng)控制的靈活性與切斷故障時(shí)的電路不穩(wěn)的影響。相比于交流電斷路器的應(yīng)用，在高壓直流電的斷路器工作較為復(fù)雜。高壓直流電電壓在400V以下，電流容量在800A，因此直流斷路器要在低電壓下就實(shí)現(xiàn)較大電流的阻斷。一般使用混合式直流斷路器，目前的直流斷路器結(jié)合了電力電子開關(guān)與機(jī)械式開關(guān)結(jié)構(gòu)，兼容直流、交流斷路器優(yōu)點(diǎn)，使得斷路器工作流程更加符合實(shí)際，更能夠?qū)崿F(xiàn)損耗小、壽命長的效果。

2）整流數(shù)字模型的建立。主要是通過對整流器的工作的需要，設(shè)計(jì)整流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)合理的整流效果。一般運(yùn)用APFC整流數(shù)學(xué)模型，即通過固定的運(yùn)算公式，實(shí)現(xiàn)整流效果的最大化。在數(shù)字模型的研究上，還有很大的提升空間，尤其是數(shù)據(jù)中心的整流系統(tǒng)，需要更加精確與穩(wěn)定，因此，要很據(jù)實(shí)際情況，建立有針對性的模型。

3）高壓直流UPS供電架構(gòu)優(yōu)化。高壓直流UPS供電是數(shù)據(jù)中心主要的應(yīng)用方向，不間斷電源技術(shù)給數(shù)據(jù)中心提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，供電架構(gòu)主要分為集中式與分散式兩種。集中式就是將儲電電池集中安置在一個(gè)固定的配電室，配電柜上，這是數(shù)據(jù)中心一般常用的方式。分散式則是考慮到數(shù)據(jù)傳輸與存儲的需要，在線路負(fù)荷中心以及較為可能出現(xiàn)電路不穩(wěn)定的模塊出設(shè)置供電架構(gòu)，保障供電正常與數(shù)據(jù)安全。

4 綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向

高壓直流UPS供電系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)就是耗能較低，根據(jù)相關(guān)學(xué)者試驗(yàn)比較，傳統(tǒng)的UPS 供電系統(tǒng)的使用成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓直流供電系統(tǒng)。另外，傳統(tǒng)的UPS供電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模要大于數(shù)據(jù)中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的建設(shè)規(guī)模才能進(jìn)一步提高UPS供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，這樣就會導(dǎo)致 UPS供電系統(tǒng)資源的利用率大大降低，形成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。隨著世界對數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理的要求越來越高，數(shù)據(jù)中心的硬件設(shè)備也逐漸向超級化靠攏，尤其是以前看似只用于科技研究的超級設(shè)備，運(yùn)用于生產(chǎn)生活的腳步越來越近，使用低耗能的供電設(shè)備十分必要。因此，綠色概念引入數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，就必須要探索高壓直流UPS供電系統(tǒng)的有效合理的應(yīng)用，以確保數(shù)據(jù)中心既能夠穩(wěn)定安全，又環(huán)保、資源節(jié)約，節(jié)省運(yùn)營成本。另外，加強(qiáng)高壓直流UPS供電系統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)也是提高資源利用，提高供電設(shè)備使用效率的關(guān)鍵。要趕上時(shí)代發(fā)展的腳步，適應(yīng)當(dāng)前數(shù)據(jù)處理越來越精密的要求，就要設(shè)計(jì)好一個(gè)既安全可靠，又智能合理的系統(tǒng)模型，需要設(shè)計(jì)者不斷的研究實(shí)踐。

綜上所述，高壓直流UPS供電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中起到了非常重要的作用，尤其是未來電力系統(tǒng)與基礎(chǔ)配套設(shè)施的發(fā)展以及綠色環(huán)保的要求來看，發(fā)展高壓直流UPS供電需要加快進(jìn)度，跟上時(shí)代的要求。另外，要設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)，要求有更加強(qiáng)大的知識儲備，要有不斷的實(shí)踐與推斷相結(jié)合，從實(shí)際出發(fā)，從全局出發(fā)，不斷的提高數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)的安全保障與輸出順暢。

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