数据中心机房中应用高压直流UPS供电模式探讨

赵晖

摘 要：数据处理与应用作为科技研究的前沿，其自动性和智能性对人们的生产生活起着十分重要的作用。同时，数据的安全与稳定，对数据处理的正确性十分关键，在硬件设备中，确保电路的畅通与供电的正常是电力系统稳定的基础。高压直流UPS供电模式是当今新的技术，也是未来数据中心电力系统依赖的主要技术，做好技术的研发与应用有很强的现实意义。

关键词：数据中心机房;高压直流UPS供电;创新;应用

随着科学技术的发展，数据处理作为信息技术的基础，数据处理水平与应用高度一直都影响着一个国家的整体生产力的发展水平。数据的处理在每时每刻都在进行，小到人们生活，大到国家生产，每一秒都在进行着大量的数据处理，尤其是智能化水平越来越高的今天，数据处理的速度就是人们生活的方便程度，是一个国家科技水平的体现。因此，确保数据中心机房的稳定与不间断，是数据处理正常运转、确保数据安全的前提，需要不断的更新供电技术与硬件水平来实现。

1 高压直流UPS供电系统技术的先进性

传统的UPS供电系统，为交流供电系统，多应用于计算机信息设备，主要是将在主机电源处连接一块续航时间较长的电池设备，将电路设备模块化，能够通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电，通过“交流-直流-交流”的变换才能供给服务器。起到稳压、滤波、不间断供电的作用，实现在外部断电的情况下，能让计算机设备不断电正常工作一段时间，给所连接的计算机设备、计算机网络系统，或其他支持UPS系统原理的电子设备提供稳定、不间断的电力输出。另外，UPS供电设备对电子设备的保护作用也很明显，在供电时，能够起到稳压器和滤波器的作用，能够稳定电压，顺畅供电，保证设备正常的工作。

高压直流供电也是一种常见的供电方式，通常采用的是大功率远距离直流输电。输电过程为直流。高压直流UPS供电系统则是数据中心机房确保供电稳定的又一个新的方式，数据中心应用的高压直流电池，利用了高压直流电的大功率的特征，其包含了高压直流供电与交流UPS供电方式的结合与转化，提高了供电系统的兼容性，能够兼顾UPS和-48V通信电源的优点，实现功能的互补，不需经过DC/AC转换，可以迅速的隔离供电系统中故障的危险。相比于UPS供电方式，高压直流UPS提高了数据中心供电系统负载供电的可靠性、经济性和适应性。另外，高压直流UPS供电系统比传统的UPS供电系统与单纯的高压直流点供电在能耗上要低，在建设规模上与利用率上，能够节省资源，提高利用率。

2 高压直流UPS供电模式的应用原理

数据中心的高压直流UPS供电系统要满足中心的运营要求，重点在可靠性和稳定性上需要起到保障作用。主要分为几个部分的工作。

1）整流模块稳定功率。数据中心对电能的质量要求很高，电能质量对计算机设备的寿命与平稳运行影响很大，计算机设备是非线性負载，工作中造成电网谐波，需要通过滤波来实现供电功率的校正与稳定，以保证直流供电电源持续的高输出。高压直流UPS供电一般采用三项输入，由前后两级电路结构组成，前级电路进行功率因数校正整流电路，后级电路是直流降压电路。这种模块化的组成结构能够将模块之间形成并联，采用降压拓扑，进一步提高整流环节的效率。

2）电池模块确保不间断供电。电池模块主要是保证在电路意外故障、临时断电的时候，确保数据中心设备能够在一定时间内确保正常运行，或是留有数据备份的时间，确保数据不会丢失。高压直流UPS供电储能电池一般采用240V直流电源产品，同时其中增加电源监控设备，在电流不正常或是断电的情况下，能够及时通过电池供电补充备用。高压直流UPS供电的电池模块一般采用混合储能的方式，随着科技的发展，电池的功能也越来越强大，充分发挥功能存储与能量存储的优势，有效的提高储能装置性能。能够大大提高电池工作效率，延长电池寿命。

3）配电与绝缘检测。数据中心直流供电包括交流配电和直流配电。交流配电将不同路市电分配置整流电源模块。直流配电将整流电源通过断路器、熔断器等输出到各服务器。绝缘检测就是对数据处理设备与接地等绝缘防护方式进行实时的检测，尤其是高压直流电的应用，更加重视绝缘防护对人身和设备的安全保护。

3 高压直流UPS供电的几种模式

1）直流断路器设置。高压直流UPS供电重要的组成部分就是直流断路器，主要是提高系统控制的灵活性与切断故障时的电路不稳的影响。相比于交流电断路器的应用，在高压直流电的断路器工作较为复杂。高压直流电电压在400V以下，电流容量在800A，因此直流断路器要在低电压下就实现较大电流的阻断。一般使用混合式直流断路器，目前的直流断路器结合了电力电子开关与机械式开关结构，兼容直流、交流断路器优点，使得断路器工作流程更加符合实际，更能够实现损耗小、寿命长的效果。

2）整流数字模型的建立。主要是通过对整流器的工作的需要，设计整流系统，实现合理的整流效果。一般运用APFC整流数学模型，即通过固定的运算公式，实现整流效果的最大化。在数字模型的研究上，还有很大的提升空间，尤其是数据中心的整流系统，需要更加精确与稳定，因此，要很据实际情况，建立有针对性的模型。

3）高压直流UPS供电架构优化。高压直流UPS供电是数据中心主要的应用方向，不间断电源技术给数据中心提供了强大的技术支持，供电架构主要分为集中式与分散式两种。集中式就是将储电电池集中安置在一个固定的配电室，配电柜上，这是数据中心一般常用的方式。分散式则是考虑到数据传输与存储的需要，在线路负荷中心以及较为可能出现电路不稳定的模块出设置供电架构，保障供电正常与数据安全。

4 绿色数据中心的发展方向

高压直流UPS供电系统的一大优点就是耗能较低，根据相关学者试验比较，传统的UPS 供电系统的使用成本要远远高于高压直流供电系统。另外，传统的UPS供电系统的建设规模要大于数据中心机房网络设备的建设规模才能进一步提高UPS供电系统的安全性和可靠性，这样就会导致 UPS供电系统资源的利用率大大降低，形成资源的严重浪费。随着世界对数据运算和数据处理的要求越来越高，数据中心的硬件设备也逐渐向超级化靠拢，尤其是以前看似只用于科技研究的超级设备，运用于生产生活的脚步越来越近，使用低耗能的供电设备十分必要。因此，绿色概念引入数据中心的建设中，就必须要探索高压直流UPS供电系统的有效合理的应用，以确保数据中心既能够稳定安全，又环保、资源节约，节省运营成本。另外，加强高压直流UPS供电系统的模型设计也是提高资源利用，提高供电设备使用效率的关键。要赶上时代发展的脚步，适应当前数据处理越来越精密的要求，就要设计好一个既安全可靠，又智能合理的系统模型，需要设计者不断的研究实践。

综上所述，高压直流UPS供电系统在数据中心的应用中起到了非常重要的作用，尤其是未来电力系统与基础配套设施的发展以及绿色环保的要求来看，发展高压直流UPS供电需要加快进度，跟上时代的要求。另外，要设计好数据中心的供电系统，要求有更加强大的知识储备，要有不断的实践与推断相结合，从实际出发，从全局出发，不断的提高数据中心的供电系统的安全保障与输出顺畅。

参考文献

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[2]袁元，周荣锋，刘军.可信绿色智能数据中心机房建设[J].电子技术与软件工程，2019，22.