數(shù)據(jù)中心的240V直流系統(tǒng)與模塊化UPS有效運用研究

畢鷺建

摘 要：如今，數(shù)據(jù)中心模塊化UPS與240V直流系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，成為構(gòu)成數(shù)據(jù)中心必不可少的部分。本文對模塊化UPS以及240V直流系統(tǒng)進(jìn)行了簡要的敘述，并分別討論了240V直流系統(tǒng)以及模塊化UPS在數(shù)據(jù)中心的運用，以期幫助了解如何將兩者應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；240V直流系統(tǒng)；模塊化UPS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.175

0 引言

如今，數(shù)據(jù)中心當(dāng)中的240V直流系統(tǒng)與模塊化UPS兩種供電系統(tǒng)的應(yīng)用愈發(fā)頻繁，均受到了廣大企業(yè)與用戶的關(guān)注。作為企業(yè)，應(yīng)熟練掌握關(guān)于兩種供電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)，根據(jù)實際情況選用合適的供電系統(tǒng)，以滿足用戶的需求。此外，企業(yè)選用適合的建設(shè)方案，不僅能夠有效提高建設(shè)方案的合理性，同時也可以有效提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型以及安全性，使得數(shù)據(jù)中心得到優(yōu)化。

1 模塊化UPS以及240V直流系統(tǒng)概述

1.1 240V直流系統(tǒng)

240V直流系統(tǒng)工作原理如下：240V直流系統(tǒng)同48V供電系統(tǒng)工作原理基本一致，該供電系統(tǒng)是通過將數(shù)個冗余整流模塊以及蓄電池并聯(lián)構(gòu)成。通常情況下，整流模塊需要把市電電源轉(zhuǎn)化為240V直流電源，之后為服務(wù)器供應(yīng)電能，并未蓄電池實施充電。一旦市電出現(xiàn)停電狀況，則開啟蓄電池，有蓄電池為服務(wù)器供電，以保證服務(wù)器的正常運行。

就目前而言，服務(wù)器當(dāng)中通常需要設(shè)立兩個電源模塊，模塊之間相互冗余。故而，按照服務(wù)器所承擔(dān)業(yè)務(wù)的重要程度，可使用一套甚至兩套處于獨立狀態(tài)的供電系統(tǒng)對服務(wù)器進(jìn)行供電。若從現(xiàn)有電網(wǎng)實際運行狀況而言，240V直流系統(tǒng)內(nèi)含有如下3類配電結(jié)構(gòu)：其一，單套直流系統(tǒng)；其二，雙套直流系統(tǒng)；其三，分為兩套供電系統(tǒng)，即一路供電電源為市電直接供電，另一套為單套直流供電系統(tǒng)。

1.2 模塊化UPS

模塊化UPS工作原理如下：構(gòu)成模塊化UPS的主要由以下可形成UPS基礎(chǔ)功能的模塊構(gòu)成：其一，能夠插、拔的功率模塊；其二，顯示通訊信息的模塊以及靜態(tài)開關(guān)模塊等。其中，功率模塊內(nèi)含有傳統(tǒng)UPS逆變整流充電的能力，全部功率模塊均處于并聯(lián)狀態(tài)下工作，將所有系統(tǒng)負(fù)載平均分?jǐn)偂Ｈ绱艘粊?，?dāng)某一模塊出現(xiàn)故障，其余模塊依舊可以分擔(dān)系統(tǒng)所成在的負(fù)載。當(dāng)靜態(tài)開關(guān)模塊位于過載狀態(tài)中，需要使用相同的供電通道。顯示通信模塊大多應(yīng)用于顯示以及連接網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺。

第二，配電結(jié)構(gòu)。同240V直流供電系統(tǒng)基本相同，按照服務(wù)器的重要程度可選用對應(yīng)的供電同完成供電，如選用一套或是兩套處于獨立運行狀態(tài)的UPS系統(tǒng)圍服務(wù)器供應(yīng)電能。目前，實際應(yīng)用于電網(wǎng)當(dāng)中的配電結(jié)構(gòu)有以下兩種：

其一，單機N+X功率模塊處于冗余并聯(lián)狀態(tài)，牽引出兩路對供電線路對服務(wù)器實施雙路供電。

其二，兩套單機N+X功率模塊，銅絲應(yīng)用冗余并聯(lián)模式，各套單機牽引出一路供電線路對服務(wù)器進(jìn)行供電。

2 240V直流供電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

2.1 240V直流供電系統(tǒng)應(yīng)用可行性

若從數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)需要電量的設(shè)備進(jìn)行考慮，可從如下方面分析240V直流供電系統(tǒng)的可行性：第一，IT設(shè)備，即計算機及其有關(guān)外設(shè)，其大多使用高頻率電源開關(guān)技術(shù)，設(shè)備本身電源具備高頻率開關(guān)電源的特點。換言之，便是輸入側(cè)并不包含工頻變壓設(shè)備，供應(yīng)的直流電不會受到短路的干擾。故而，需使用直流供電。第二，設(shè)備當(dāng)中的電源模塊均應(yīng)用直流供電，工作人員對整流橋版局部橋進(jìn)行導(dǎo)通處理。故而可使用部分電壓值所提供的直流供電為設(shè)備供應(yīng)電能。第三，IT設(shè)備電源模塊。該模塊屬于功率恒定的模塊，可有效提升輸入電壓值，并借此減少整流二極管承載的流量，進(jìn)而提升處于直流狀態(tài)下設(shè)備的穩(wěn)定程度。故而，只需為設(shè)備出送與電壓相適應(yīng)的直流電能，便能通過直流電源同原有交流電入口相連，從而實現(xiàn)對用戶所用設(shè)備的直接供電，無需原設(shè)備進(jìn)行改動。由此可見，240V直流供電系統(tǒng)可無需更改用戶設(shè)備交流供電電壓級別的基礎(chǔ)上，為現(xiàn)有通訊網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備提供220V直流電能。

2.2 適用場合

240V直流供電系統(tǒng)系統(tǒng)維修與養(yǎng)護(hù)工作較為簡單，系統(tǒng)具有較高的功率密度，且發(fā)展逐漸趨于智能化。故而，針對企業(yè)蓄電池蓄電時間相對較長、或是設(shè)備所承載的負(fù)荷較大的情況下，建議企業(yè)應(yīng)先考慮應(yīng)用240V直流供電系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行供電。240V直流供電系統(tǒng)較為適用于如下區(qū)域當(dāng)中，如呼叫中心、證券機構(gòu)數(shù)據(jù)中心等場合當(dāng)中，上述場合規(guī)劃相對完成，且機房內(nèi)留有大量的安裝空間，電源設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)，且安裝流程符合施工工藝。上述情況下，240V直流供電系統(tǒng)較為適用。

2.3 240V直流供電系統(tǒng)

單母線供電方式與雙母線供電方式是數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)相對易見的兩種供電方式。其中，單母線供電方式利用240V直流供電系統(tǒng)代替原有UPS并機系統(tǒng)。具體方案如下：利用直流輸出屏替換傳統(tǒng)的交流輸出屏，同時利用直流列頭柜替換原有交流輸出屏，蓄電池組同系統(tǒng)的輸送端口保持并聯(lián)狀態(tài)。

同理，于雙母線供電方式內(nèi)，通過240V直流供電系統(tǒng)替換原有UPS并機系統(tǒng)，具體方案如下：利用直流輸出屏替換原有交流輸出屏，同時利用直流列頭柜替換原有交流輸送屏幕。如此便可對雙母線供電模式形成有效的完善。但同時建議應(yīng)用這一供電模式解決數(shù)據(jù)中供電系統(tǒng)不適合的問題，從而建立可行的方案，達(dá)到優(yōu)化數(shù)據(jù)中心合理利用的目的，使得動力設(shè)備的應(yīng)用更為合理。

3 模塊化UPS在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)中心的電源需求

數(shù)據(jù)中心主要托管用戶各個類型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及磁盤陣列等信息數(shù)據(jù)有關(guān)設(shè)備，上述設(shè)備均需使用220V交流電源，且需要保證運行過程中不會出現(xiàn)斷電問題。故而數(shù)據(jù)中心需要全年24小時運行，這對電力穩(wěn)定運行有極高的要求，一旦發(fā)生電力問題，便會對數(shù)據(jù)中心所服務(wù)的客戶以及提供者造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。目前，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心有關(guān)設(shè)備的功率損耗位于3kW至5kW之間。然而隨著微電子技術(shù)水平的不斷提升以及系統(tǒng)集成化能力的提高。數(shù)據(jù)中心設(shè)備功率損耗也將有所提升。故而，數(shù)據(jù)中心所用設(shè)備對制冷以及電力有較高的要求，數(shù)據(jù)中心對節(jié)能的需求也不斷增加。

3.2 模塊化UPS的應(yīng)用

模塊化UPS所具有的可靠性符合了數(shù)據(jù)中心對電源質(zhì)量的實際需求，無論是電路，還是系統(tǒng)架構(gòu)全部應(yīng)用模塊化設(shè)計。伴隨著冗余模塊數(shù)量的增添，系統(tǒng)冗余程度也隨之增加，容錯能力也相應(yīng)提高，能夠按照數(shù)據(jù)中心實際情況選定需要使用的冗余模塊數(shù)量。

模塊化UPS應(yīng)運用高頻化結(jié)構(gòu)，基于該結(jié)構(gòu)建立而成的系統(tǒng)噪音相對較低，能夠有效提高數(shù)據(jù)中心環(huán)境的整體質(zhì)量。模塊化UPS均需使用有源功率因數(shù)實施矯正。當(dāng)負(fù)載達(dá)到100%，輸入功率因數(shù)可達(dá)到0.99，輸入電流的諧波THDI不高于5%，如此一來，模塊化UPS同油機形成兼容，使得油機容量同模塊化UPS容量之間的比值相應(yīng)減少。

模塊化UPS運用標(biāo)準(zhǔn)機柜，設(shè)計更為緊湊，可科學(xué)合理地縮減占地面積，使得數(shù)據(jù)中心的空間的利用率達(dá)到最佳。數(shù)據(jù)中心的模塊化UPS應(yīng)用了熱插拔技術(shù)，便于維修人員對設(shè)備進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)，在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心對供電系統(tǒng)有特殊的要求，目前較為常用的供電系統(tǒng)便是240V直流供電系統(tǒng)以及模塊化UPS。企業(yè)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心的實際需求，選用合適的供電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心進(jìn)行供電，以保證數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運行。

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