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浅谈机房的高压直流供电应用

作者:快乐28 发布时间:2021-02-13 05:05 点击数:

  的供电问题,关系到网络的安全等级和成本,历来成为业界关注的重点。随着计算机网络的普及和数据业务的快速发展,机房供电也朝着大容量、高可靠的方向发展。但是随着机房规模的扩大,机房的耗电问题、扩容问题和维护问题日益突出。现在各行业的数据机房一般采用交流UPS电源系统供电,但交流UPS电源系统却有着明显的缺陷:1、效率低。对于供电级别要求高的机房,交流UPS设备一般采用1+1备份方式。为了保持系统的冗余,每台UPS的实际负载只能控制在35%以下,在电源资源的使用上有着较大的浪费。2、要求高。交流UPS供电系统通常采用多台并机工作模式,这种模式对UPS系统的并机控制电路要求很高,要求所有UPS的输出电压相等,频率、相位一致,否则无法并机。并机控制电路较复杂,一旦故障,将导致UPS并机失败,严重时可能造成系统断电。3、存在一定的安全隐患。UPS设备虽然有电池组作为供电的断电保障,但电池是通过逆变换进行输出的,如果逆变部分出现故障,同样会导致设备断电。供电方式逐步从实验室走向市场,虽然它的技术和应用还需和实际设备进一步磨合,但高压直流供电代表了技术发展的一种趋势。

  首先看负载设备内部,一般来说,设备的电源部分为独立的电源模块。从图一中可以看出,虽然设备的输入电源是交流的,但是设备电源的最终输出还是直流,其核心部分还是DC/DC变换,只要我们输入一个合适的直流电压给变换部分,设备就可以正常工作。2、直流电源如何替代交流电源?

  图二和图三分别是负载设备在交流供电和直流供电时的整流原理。图二中,电源部分在交流输入的时候,正半周时电流的走向是从A→D2→C→D→D4→B,在负半周时电流的走向是从B→D3→C→D→D1→A,整流管D1、D3和D2、D4轮流导通。这样,交流电压从AB端直接传到CD端,输出端CD保持直流输出。图三中,电源部分在采用直流电压直接输入时,由于电压相位不变,整流管D2、D4长期导通。这样,电压从AB端直接传到CD端,输出端CD保持直流输出。联系到图一,从上面的分析可以看出,不论在输入端输入交流电压,还是直流电压,在输出端均可以输出直流电压,直流电压再经过DC/DC变换,给设备供电。三、高压直流供电的优点交流UPS供电原理如图四所示:

  我们可以发现高压直流供电有以下各个方面的优点:1、可靠性高。主要有两个方面:一是直流供电蓄电池的输出和电源整流模块的输出并联在负载端,当外电停电时,蓄电池的电能可以直接供给负载,母线电源是不间断的,确保供电的连续性。二是采用直流输出,无谐波干扰。2、效率高,能耗低。和交流UPS系统相比,直流供电省掉了逆变环节,而一般逆变的损耗在5%左右,同时又没有谐波损耗,因此电源的效率得以提高。据实验证明,直流电源的效率比同规格的冗余备份的交流UPS电源相比,能够节能10%-15%。其次,由于直流电源采用了模块化的设计,并联输出,使每个模块的使用率可达到70~80,比起交流UPS系统提高了很多。3、扩容便捷。首先由于直流供电采用模块化结构,单机扩容容易实现,只要增加相应的模块即可。其次,由于是直流输出,不存在相位和频率的问题,多机并联变得简单易行,电源并机容易实现。4、不存在“零地”电压等不明问题的干扰。因为是直流输入没有零线,因此,也就不存在“零地”电压,避免了一些不明的故障。四、高压直流供电面临的问题高压直流供电虽然有以上列举的种种优点,但也存在着缺点和面临的问题:1、虽然直流电压与交流电压的峰值相比差别不太大,但是由于直流电压没有过零的存在,其危险性远远大于交流电压。2、配电开关性能要求高,对于交流电,电流在周期内会有过零点,当短路时,过零点的存在使开关断开时产生的电弧容易灭弧。而如果是直流电,不存在过零点,灭弧相对困难。3、现在市场上选用的开关器件大都按照220Vac/380Vac来设计,但直流开关器件和交流开关器件在要求上是不同的,所以在直流供电系统中,必须采用符合安全要求的直流配电器件,这会相应增加建设成本。4、高压直流供电大规模市场运用有着一定的困难。我们广电机房设备种类繁多,虽然机房大部分使用开关电源的设备都可以用直流电源供电,但也有很多设备不能直接使用。如:(1)少数设备的电源输入端有工频变压器,输入直流会产生短路。(2)具有输入端频率检测启动的设备不能直接进行使用。(3)具有启动过压保护功能的设备,不能直接进行使用。(4)部分电源对地设计有电感滤波,虽然不影响使用,但会造成正极接地。(5)风扇类设备要区别对待,交流输入的风扇使用直流电源会产生短路。(6)显示器设备区别对待,CRT(阴极射线管)显示器,内部有交流交流激励回路的,不能使用直流供电。机房各种设备开关电源部分的设计思路基本相同,但是详细的设计却又是千差万别,所以高压直流供电在实际的运用过程中,需要对各种设备进行测试,甚至需要对设备的电源部分进行改造,这些都是高压直流供电应用中所遇到的困难。高压直流供电目前还在试验探索阶段,据真正的大规模市场化应用还有待时日,但是从机房节能增效的角度来说,高压直流供电是技术发展的方向。相信以后随着高压直流标准的制定,以上的缺点和面临的困难都会得以解决,高压直流供电技术会得到更广泛的应用。


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