张印君 重庆市通信建设有限公司

引言

近年来，随着信息网络的发展，UPS 通信系统在通信站的使用越来越多。然而，在日益增长的数据处理能力中，USP 的计算机机房电源系统的功耗、可靠性和使用问题正变得越来越突出。高压直流供电系统具有减少电池电量或解决上述问题的独特优点。因此，高压直流供电系统具有广阔的应用前景。

一、高压直流系统简介

高压直流系统主要由电池组、交流板、直流板、监控单元、扶正屏等组成。技术方案如下：

图1 高压直流技术原理图

当两路电源整流模块是正常的，直流特高压交流电转换成直流高压电源节省很多电能。当电源正常时，将整流器屏幕转换为高压直流提供直流电源。在供电系统中，监控部分对系统进行监控。一旦信号被处理，它们就由监控单元进行管理。显示器具有人机功能，操作和维护人员可以管理和监控高压直流设备。

二、高压直流系统的性能特点

（一）降低成本，提高效率

图2 传统USP 系统供电示意图

与传统的USP 系统相比，高压直流系统减少了升力和逆变器的连接，不仅大大减少了损失，而且大大提高了工作效率。该系统的并行技术相对简单，可以同时并行连接大量模块。增加每个模块的使用，最高可达70%。此外，高压直流系统不包含静态旁路开关、过滤装置或直流/交流逆变器，大大减少了中央计算机上的设备数量，从而大大降低了成本。

（二）节能

目前使用的USP 主机都是在线双转换的。当负载比超过50%时，转换效率与切割进料相似。然而，在实际工程应用中，由于谐波和背负荷输入峰值因子的影响，asi 单机设计的最大稳定运行负荷仅为35-45%。由于后台设备活动的发展，系统通常在中间和后期阶段达到理论负载率。因此，它可以在很长一段时间内以非常低的负载率运行，其转换效率通常超过80%，甚至更低。

对于高压直流系统，多亏了它的模块化结构，率可控整流模块可以在实际安装或配置取决于后端设备的安装速度，所以转换模块的加载速率和效率，始终维持在高位。

（三）提高承载能力

USP 系统的负载能力受到两个因素的限制。一个是负载的功率因数。以大型国内USP 主机为例。当输出功率因数为0.5（电容）时，最大允许负载速率仅为50%，后者为负载的峰值电流系数。一般来说，USP 主机的计算因子为3。如果负载的峰值电流系数大于3，则逆变器的宿主组将减速。对于直流系统，不存在功率因数问题；

电池内部电阻极低，整流模块冗余（充电和待机）大，峰值负荷高，峰值负荷能力高，不需要特别的安全裕度。

（四）提高可靠性

无截止供电系统的结构使得系统的整体可靠性低于单个部件的可靠性。为了解决问题，可靠性低，多台机器必须冗余电源并联连接，形成一个时尚的双层巴士，确保系统的总成本居高不下等问题，而且电池故障的逆变器和能源股不能直接提供负荷。高压直流供电系统的并联整流器模块与电池组形成冗余关系：不可靠性是由于元件数量过多造成的，整体可靠性优于单个元件。在电源故障的情况下，电池的能量可以直接提供给充电，大大提高了供电系统的安全性和可靠性。

三、直流高压系统的基本条件

高压直流配电应满足以下基本条件：服务器的电源单元可以接收高压直流。CA 输入电源存在不能接受一定的高压直流电压值和直接添加在PSU 高压直流电压的目的，而不能达到现有服务器的直流高压电源，这并不是完美的，只能用来作为过渡办法，最大的挑战是备份单元、路由器和服务器必须有一个HVDC 输入或一个通用的AC/HVDC 输入。3.适当的连接器和接地应符合相关安全标准的要求。

四、传统USP 存在四大问题

（1）USP 和-48Vdc 系统有缺陷。逆变器在系统中的备用能量可靠性远远低于电池。电池的可靠性为Rb=0.99，asi 备用电源的可靠性仅为0.88。USP 系统的总体使用率较低。每个输入和分配冗余USP 系统可以主要使用。所有USP 必须能够承受所有费用。冗余USP 系统的使用率低于35%。逆变器输出不平衡。由于USP的退役，单台机器的低利用率是一个缺点。

（2）除主干道外，逆变器的输入电源分布不使用，效率很低。在机房的早期，建筑投资很高，负荷规划被浪费，系统难以扩展。USP 增加了供电系统的谐波分量，降低了变压器的利用率，降低了柴油发电机的承载能力，影响了整个供电系统的安全性和使用。平行振荡器之间无法消除的循环问题增加了振荡器的无功损耗，降低了系统的可靠性。

（3）USP 的紧急保护和维护不善。USP 的在线维修是复杂的，在线扩展是困难的，倾斜是困难的。不同型号的设备和系统不能保证相互冗余，更换关键部件，如逆变器和过滤电容器也很困难。如果逆变器发生故障，系统将绕过电源，但对于某些通信负载，低质量的网络线路可能会导致设备安全运行中的严重故障。应急电池模块是绝缘的，不能打开。保护。

（4）-48Vcc 系统不符合大型通信室的要求。近年来，随着数据通信的快速发展，机房的耗电量越来越大。目前，单个机架的耗电量正在迅速增长。通信室内单个测量仪器的功耗为9～12kW/帧，单个测量仪器的功耗可达31kW。能源消耗的增加需要更厚的电缆和更高的电流，这将导致更高的成本和更大的散热。

五、高压直流系统的技术可行性

目前，交流电源的负载主要由直流电源系统提供，然后电路本身通过整流负载本身转换为+12V、+5V 等直流电压。输入是交流或直流，最后低压直流被转换成它自己的电路板。因此，从技术上讲，加载装置可以直接接入240V 直流传输系统的电源。

交流220v 电源的电压范围为180v～240v，理论上可以承受240v×1，414=339，36V 的直流电压。直流240v 额定高压系统的最大电压约为120×2，35V=282V，远低于339-36。因此，交流负载必须能够承受直流240V 高压电源系统的维护电压。

当使用50Hz 交流电源时，通过校正二极管的电流为波电流。当使用高压直流电源时，通过整流二极管的电流为直流。当平衡二极管的平均电流恒定时，电流的波动分量很大。由于热也很重要，使用高压直流电源的整流装置产生的热量很低，整流部分的故障率没有增加。因此，可以使用240v 高压直流系统来代替交流USP系统来提供交流通信负载。

结论

在数据中心，高压直流系统可以完全由逆变器供电系统代替；当然，它的可用性取决于未来储物柜对能源的需求增加，而最大的需求取决于主要的运营商和服务提供商。操作和维护功能以及客户接受度。目前，各大运营商、互联网基础设施服务提供商、阿里巴巴、百度、腾讯等电子商务服务提供商已逐步将高压直流供电系统应用于数据中心。此外，高压直流系统的建设也是符合节约能源的概念和中国所倡导的减排，从而提供的机遇，实现数据中心能效目标方面更加有效和效率，以提供更好的服务，为全国网络的建设。因此，高压直流系统的发展前景仍然十分广阔。