数据中心几种供电方式的探讨

1.锂电UPS 供电

配置最新技术的锂电UPS电池，储能技术储能密度大、储能效率高、对环境无危害，比传统的使用铅酸蓄电池的UPS在节能环保上有很大优势。UPS设备的能耗主要来自电源转换过程，新型UPS在正常工作时，流过整流逆变环节的电流很低，只需维持飞轮转速即可。传统UPS正常工作时，流过整理逆变环节的是额定电流。在满载状态下，传统UPS效率一般在94%左右，而新型UPS的效率在97%左右。另外，新型UPS在容量相当的情况下，比传统UPS节约一半的占地面积，并对建筑物的承重要求从传统UPS的16KN/m2降低至2KN/m2 。从建造数据中心的成本方面也带来了极大的经济效益。

但是，新型UPS的电源后备持续时间只有15s到60s，这给柴油发电机组快速启动提出了很高的要求，国家标准《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008规定，柴油发电机应在30s内启动并供电。可见国标对发电机的启动要求并没有在15s的“绝对安全时间”以内，这也是目前众多数据中心没有使用新型UPS的原因之一。另外，新型UPS的价格也是其应用不够广泛的重要原因，与传统铅酸蓄电池储能UPS相比，新型UPS的价格高出近2倍。现有国内外数据中心案例中，有些选择了双路冗余供电结构的其中一路应用新型UPS，而另一路使用传统UPS，以兼顾电源后备时间、投资成本与节能之间的平衡。

2.高压直流供电

所谓高压直流供电，是与通信行业48V直流系统相比而言的。与传统UPS相比，高压直流供电减少了一个逆变环节，对交流市电进行整流后直接给服务器设备供电，图3是其原理图。由于整个系统的元件减少，能耗随之降低，高压直流供电设备的效率在96%左右，同时系统的精简也带来可靠性的提高，设备体积、质量也随之降低，价格也比传统UPS降低50%左右。高压直流供电设备多为模块化设计，在建设初期可分批配置，运行中也可根据负载情况使部分模块处于休眠状态，达到提高整机效率的目的。

高压直流供电也有其缺点，电池直接接在输出主回路上，当电池进行充电时，主回路上的电压最高为282v，需要在建设初期充分考虑此时末端负载能否正常工作，也就是说高压直流供电对末端负载的兼容性要求较高。另外，虽然理论上开关电源可以正常接收240V直流电源的供电，但是否会对设备的稳定性和使用寿命造成影响仍需一定时间的检验，也是大多数业主对高压直流供电系统的担忧。

3.市电直接供电

由市电直接代替UPS供电供电是最直接有效的办法，没有了能量的两次转换也就没有了能量的浪费。对于大多数数据中心来说，为了保证其可用性的高要求，一般会采用双路供电结构，其中一路使用UPS供电时，另外一路就可以用市电直接供电。这种供电方式除了传统UPS外，还可以和新型UPS、240V高压直流等供电方式灵活组合，可进一步提高数据中心电源利用效率。

市电直供在电源效率上优势明显，但其缺点也是显而易见的。服务器的开关电源模块在整流过程中产生大量谐波，采用市电直供将会对电网造成严重的谐波污染，需要安装滤波器设备进行治理。另外市电直供与UPS供电相结合的方式，其系统整体可用性是否能够达到国际标准仍需进一步验证，目前IDC数据中心的租用者对此种供电方式的接受程度仍有待提高。

4.太阳能光伏供电

传统的太阳能光伏发电并网系统结构由光伏阵列、逆变器、滤波升压电路组成，通过对逆变器的控制达到并入电网的要求。

根据240V高压直流供电在数据中心的应用经验，可以将太阳能光伏直接引入数据中心的供电体系中使用。基于服务器可以直接接受直流供电，太阳能光伏发电系统也就无需使用逆变环节，又因为数据中心已经是末端用户，也就不存在并网的因素，省去了逆变器和滤波升压电路，仅需保持光伏阵列的输出电压稳定即可，成本和控制难度大大降低。因此数据中心在使用太阳能光伏发电系统时具有天然的优势。

由于太阳能光伏发电受环境因素影响较大，其电能输出往往难以满足数据中心对供电稳定性的要求，如果使用在双路供电结构中的其中一路上，当另外一路电源失效时，光伏发电无法承受整个数据中心的供电负荷，因此需要与240V直流供电系统结合使用。

光伏发电系统与240V直流供电系统并联使用，光伏阵列的输出电压应设置为240V，与高压直流设备同时为末端负载供电，可以降低数据中心电能费用。

此系统需要注意的两点是：第一，240V直流供电设备总容量需要满足全部负载的用电需求，在电源2失效时使用；第二，在电池充电过程中，输出主回路上的电压为282V，需要在光伏阵列一侧设置保护回路，防止电流逆流。

本文标题：数据中心几种供电方式的探讨

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