高壓直流供電系統

高壓直流供電系統能夠替代目前的交流UPS供電系統而為數據服務器供電。

1．服務器電源的基本原理

現在IDC機房的服務器內部一般使用可靠性較高的高頻開關電源，把外部輸入的交流電轉化為內部電子電路所用的直流電。對於功能強、使用在重要場合的服務器或小型機，均配置兩個及兩個以上的模塊並聯運行。

雖然服務器設備輸入是交流電源，但核心部分還是DC/DC變換電路，我們只要輸入一個範圍合適的直流電壓給DC/DC變換電路，就同樣能安全滿足服務器設備工作。圖5-7中因為輸入端沒有工頻變壓器，所以輸入直流不會產生短路阻抗，就沒有必要非得交流輸入，不用交流也就沒有必要用UPS，由此因UPS交流供電引起的一切不利因素也就自然而然地消失了。如果我們輸入的直流合理地配上蓄電池，輔以遠程監控，構成一個可靠的直流供電系統，就可取代交流UPS供電系統給服務器設備供電。

電壓等級的選擇成為高壓直流供電系統組成的關鍵問題。根據服務器的特點，目前高壓直流供電系統電壓等級的選擇主要有兩個標準。

（1）240V電壓等級

在DC/DC的輸入端電壓範圍為100VDC～373VDC，通過對服務器電源輸入電壓的分析，以及在實際中對服務器進行測試的數據，以240V為一種標稱電壓的觀點已經得到認同。

在標稱電壓為240V的直流電壓供電模式下，電池組配備120只2V電池（也可採用40只6V電池或者20只12V電池）。平時電池處在浮充狀態，供電電壓為270V。在電池供電時，最低電壓為216V。在目前進行的測試中，服務器在這個電壓下均能正常工作。

（2）380V電壓等級

這類服務器電源在DC/DC的輸入端電壓範圍為380VDC～400VDC，對應此類服務器電源則需要選擇380V或以上的高壓直流供電系統。

但是這種供電模式不適用國內現有的服務器設備，是對未來機房建設以及服務器設計的前瞻準備，因此要採用這種供電模式，需要服務器廠商的配合，也就是服務器電源要支持380V的高壓直流供電模式。

相較於240V電壓等級供電模式，380V電壓模式供電情況下，會減少電纜耗銅量，線路損耗也會降低。

（1）高壓直流供電的優點

1）供電可靠性大大提高。採用直流供電的最大優點在於提高了供電的可靠性。這可以從三個方面體現：一是採用直流供電，蓄電池可以作為電源直接並聯在負載端，當停電時，蓄電池的電能可以直接供給負載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個參數，各個直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統結構簡單很多，可靠性將大大提高。三是雖然交流UPS系統可以提高冗餘度來提高安全係數，但是由於涉及到同步的問題，每個模塊之間必須相互通信來保持同步，所以還是存在並機板的單點故障問題。而直流模塊沒有這些問題，即使脱離控制模塊，只要保持輸出電壓穩定，也能並聯輸出電能。

2）工作效率提高。和交流UPS系統相比，直流供電省掉了逆變環節，一般逆變的損耗在5%左右，因此電源的效率提高了。其次，由於服務器輸入的是直流電，也就不存在功率因數及諧波的問題，降低了線損。再次，由於並機技術簡單了，可以採用大量的模塊並聯，使每個模塊的使用率可達到70%～80%，比交流UPS系統提高了很多。

3）系統可維護性增強。現在的交流UPS系統，涉及複雜的同步並機技術，整機的維護也只能依靠廠家。即使出現緊急情況時，我們的維護人員也只能等待廠家技術人員來解決，這些先天不足對安全供電存在較大的隱患。而採用直流供電，就如現在一直使用的−48V直流系統一樣，系統由模塊組成，雖然電壓增高了，但只要做好安全防護措施，維護人員還是可以自己進行維護的，比如更換模塊等。

4）擴容便捷。由於採用模塊化結構，現在一個模塊的容量一般在10kW左右，只要預留好機架位置，擴容是非常方便的。同時在建設的時候，可以根據服務器的數量逐漸增加模塊數，使每個模塊的負載率能儘量提高。這對於節能也是非常有好處的。

5）不存在“零地”電壓等不明問題的干擾。因為是直流輸入不存在零線，因此，也就不存在“零地”電壓，避免了一些不明故障，維護部門也無需再費時費力去解決“零地”電壓的問題。

6）投資及空間的節省。

（2）高壓直流供電的缺點

1）對配電開關滅弧性能要求高。對於交流電，電流在週期內會有過零點，當短路時過零點的存在使開關斷開時產生的電弧容易滅弧。而如果是直流電，就不存在過零點，滅弧相對困難。因此配電所需的開關性能要求更高，會相應增加配電部分的建設成本。

2）電纜線徑的增加。按目前的配電結構，從UPS輸出到樓層配電櫃，是採用三相四線供電，如果採用高壓直流供電，則是一相兩線供電，在相同電壓下輸送同等功率，電纜的消耗量將會有所增加。

3）其他問題。從理論上服務器電源使用直流電壓輸入是沒有問題，但還不能保證實際使用中會發生一些意外，比如可能存在某些服務器電源的特別設計而不能使用直流電，或者長時間使用會不會增加服務器的故障率等，這都要經過實際使用的檢驗。

再就是如果使用直流電源，當服務器設備損壞時，服務器廠家對該故障的認可，有可能會因我們使用直流電源供電不符合其設計要求而推卸責任。