數(shù)據(jù)中心ups和高壓直流電時(shí)兩種不同的供電方式，一般在數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)有專業(yè)工程師進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，如果不了解可以咨詢專業(yè)工程師，此文章干貨較多，建議有些基礎(chǔ)比較好，遇上不懂之處建議多查詢相關(guān)資料。

在數(shù)據(jù)中心發(fā)展史上，UPS和HVDC是兩個(gè)不同的方向。后者雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于需要對(duì)機(jī)柜進(jìn)行特殊定制，目前主要用于一些標(biāo)準(zhǔn)化的超大型數(shù)據(jù)中心。

從行業(yè)應(yīng)用歷史來(lái)看，在整個(gè)供配電技術(shù)架構(gòu)發(fā)生較大變化之前，UPS技術(shù)和HVDC技術(shù)仍將長(zhǎng)期共存，但彼此會(huì)有進(jìn)一步的提升和創(chuàng)新發(fā)展。

比如功率密度更高的80kVA/3U模塊化智能UPS產(chǎn)品，在目前的技術(shù)架構(gòu)下，相比傳統(tǒng)的50kVA模塊具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具備成熟推廣的生態(tài)基礎(chǔ)條件。

預(yù)計(jì)未來(lái)可能會(huì)有一個(gè)趨勢(shì)，就是國(guó)內(nèi)BAT和新興互聯(lián)網(wǎng)公司可能會(huì)優(yōu)先學(xué)習(xí)谷歌48V+BBU鋰電池組的供配電技術(shù)架構(gòu)。

高壓DC和交流不間斷電源的比較：

3.1技術(shù)方面

(1)可靠性大大提高

引入高壓DC供電技術(shù)的主要目的是提高系統(tǒng)的安全性。UPS系統(tǒng)本身只有并聯(lián)主機(jī)的冗余備份，系統(tǒng)組件多為串聯(lián)關(guān)系。它的可用性是每個(gè)組件可靠性的結(jié)果，整體可靠性低于單個(gè)組件。

與DC系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的并聯(lián)整流模塊和電池組是冗余的，不可靠性是多部件的結(jié)果，整體可靠性高于單個(gè)部件。理論計(jì)算和運(yùn)行實(shí)踐表明，DC系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)高于不間斷電源系統(tǒng)。一個(gè)例子是，幾乎沒(méi)有大型DC系統(tǒng)癱瘓的事故。

(2)效率大大提高

目前大量使用的UPS主機(jī)多為在線雙轉(zhuǎn)換型，當(dāng)負(fù)載率大于50%時(shí)，轉(zhuǎn)換效率與開(kāi)關(guān)電源相近。然而，一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，為了保證UPS系統(tǒng)的可靠性，UPS主機(jī)全部以n^1(n=1，2，3)模式運(yùn)行。此外，由于后端負(fù)載輸入的諧波和波峰因素的影響，UPS主機(jī)無(wú)法滿足運(yùn)行要求。一般UPS單機(jī)設(shè)計(jì)最大穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷率僅為35~53%。

但由于后端設(shè)備的虛擬功耗和業(yè)務(wù)發(fā)展的影響，很多UPS系統(tǒng)通常在中后期達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率，甚至根本達(dá)不到設(shè)計(jì)負(fù)載率。單臺(tái)UPS主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間以極低的負(fù)載率運(yùn)行，其轉(zhuǎn)換效率通常在80%以上。當(dāng)UPS負(fù)載率超過(guò)30%時(shí)，轉(zhuǎn)換效率超過(guò)90%，最高為93%。

對(duì)于DC供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其模塊化結(jié)構(gòu)，監(jiān)控模塊、監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)值班員可以根據(jù)輸出負(fù)載的大小靈活控制模塊的啟動(dòng)和運(yùn)行次數(shù)，使整流模塊的負(fù)載率始終保持在較高水平，從而使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率保持在較高水平。(3)輸入?yún)?shù)大大提高

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，常用的12脈波在線雙轉(zhuǎn)換UPS主機(jī)的輸入功率因數(shù)通常為0.8~0.9，最大值僅為0.95，輸入電流的諧波含量通常在7.5%左右。

相應(yīng)地，由于PFC電路(功率因數(shù)調(diào)節(jié))的應(yīng)用，在額定條件下，開(kāi)關(guān)整流模塊的輸入功率因數(shù)通常在0.99以上，輸入電流的諧波含量通常在5%以下。

輸入?yún)?shù)改善的直接效果是可以大幅降低前端設(shè)備的容量，前端低壓配電柜不再配備電抗器，從而降低補(bǔ)償電容的耐壓要求。

(4)承載能力大大提高

UPS系統(tǒng)的有載容量受兩個(gè)因素的制約。一個(gè)是負(fù)載的功率因數(shù)。以國(guó)內(nèi)某大型UPS廠商的某型主機(jī)為例，當(dāng)輸出功率因數(shù)為0.5(容性)時(shí)，其最大允許負(fù)載率僅為50%;第二，負(fù)載的峰值電流系數(shù)。UPS主機(jī)的設(shè)計(jì)波峰因數(shù)一般為3。如果負(fù)載的峰值電流系數(shù)大于3，UPS主機(jī)的容量將會(huì)減少。

對(duì)于DC系統(tǒng)，不存在功率因數(shù)問(wèn)題。由于與內(nèi)阻極低的大容量電池組并聯(lián)，且整流模塊有大量剩余(充電和備用)，其電流峰值系數(shù)高的負(fù)載能力很強(qiáng)，無(wú)需專門考慮安全剩余容量。

(5)切割改造更方便

對(duì)于由UPS供電的設(shè)備，除非使用雙電源或?qū)ｉT配備STS設(shè)備，否則只能通過(guò)斷電進(jìn)行切換。對(duì)于重要的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是無(wú)法忍受的。更麻煩的是，一些沒(méi)有廠家支持的老設(shè)備，關(guān)機(jī)后很可能無(wú)法重啟。

只要DC電源的輸出電壓和極性相同，就可以連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)不間斷切換，非常容易做到。

3.2投資和建設(shè)

電力系統(tǒng)投資包括UPS電源(高壓DC)、前端電源(市電、油機(jī))、機(jī)房。以成都某運(yùn)營(yíng)商最近建成的一個(gè)機(jī)房為例進(jìn)行對(duì)比分析。機(jī)房同層布置4套400KVA11UPS系統(tǒng)，由高壓DC供電，需要54套50KW系統(tǒng)。

UPS電源(高壓DC):采用UPS方案的每套系統(tǒng)投資約250萬(wàn)元，采用高壓DC電源時(shí)，5套DC系統(tǒng)投資超過(guò)160萬(wàn)元。DC系統(tǒng)的投資僅為UPS方案的2/3，主要原因是沒(méi)有UPS柜，只接交流整流輸入電纜，沒(méi)有旁路回路電纜。前端供電：粗略估計(jì)，采用高壓DC方案，商用電源和油機(jī)供電系統(tǒng)可減少約20~25%。

機(jī)房：采用UPS方案和高壓DC供電方案，占用機(jī)房面積基本相同。但采用高壓DC供電方案時(shí)，開(kāi)關(guān)電源安裝區(qū)機(jī)房的負(fù)荷要求遠(yuǎn)低于UPS機(jī)房，粗略估算，機(jī)房土建費(fèi)用降低10%左右。

加權(quán)上述投資后，高壓DC供電方案總投資減少約30%。需要注意的是，采用高壓DC供電方案，不僅可以分階段搭建電力系統(tǒng)，還可以根據(jù)需要分階段搭建系統(tǒng)的電源模塊。考慮投資折現(xiàn)率后，高壓DC供電方案的投資節(jié)約率將更加明顯。

3.3維護(hù)成本

運(yùn)維成本主要包括電費(fèi)和維護(hù)費(fèi)。隨著轉(zhuǎn)換效率的提高，高壓DC電源將大大節(jié)約用電成本。在維護(hù)成本方面，高壓DC電源采用的整流器模塊化結(jié)構(gòu)非常便于現(xiàn)場(chǎng)更換，DC供電系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)高于交流UPS系統(tǒng)，因此維護(hù)概率大大降低。

240伏高壓DC技術(shù)與傳統(tǒng)不間斷電源技術(shù)的區(qū)別：

1.采用功率MOS高頻軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的240伏高壓DC效率可達(dá)96%以上，高于采用晶閘管或IGBT的傳統(tǒng)UPS，且體積更小

2.電池直接掛在輸出總線上，可靠性更高，可在線擴(kuò)展、無(wú)掉電切換等。

3.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高

4.模塊化設(shè)計(jì)，按需配置，投資同時(shí)增長(zhǎng)

5.模塊熱插拔維護(hù)，像更換硬盤一樣更換故障模塊，減少對(duì)制造商維保服務(wù)的依賴

6.節(jié)能睡眠技術(shù)可以大大提高輕負(fù)載下的系統(tǒng)效率，降低機(jī)房的初始運(yùn)行能耗

7.高壓DC輸入功率因數(shù)高，諧波小，輸出負(fù)載率可高于UPS，可降低柴油發(fā)電機(jī)容量等。

8.高壓DC比傳統(tǒng)UPS更安全，因?yàn)檩敵鍪歉?dòng)的，即使誤遇到單極母線電壓，電擊電壓也只有135V，幾乎是交流的兩倍低，交流220Vac正弦波峰值電壓高達(dá)314V，也高于高壓DC270VV

9.240伏高壓DC技術(shù)易于并行化

10.240V高壓DC可以直接用于大部分標(biāo)準(zhǔn)交流設(shè)備(不是380V高壓DC等其他電壓等級(jí))，IT設(shè)備不需要定制電源和設(shè)備改裝，更容易普及。

目前，大型數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備正在積極采用新的供電方式，進(jìn)一步降低供電損耗。一種是IT設(shè)備的電源由原來(lái)的雙向UPS電源改為單向UPS電源，另一種方式是市電直供。正常情況下，兩者共同給設(shè)備供電，市電故障時(shí)，UPS單獨(dú)供電;

一種方式為240伏高壓DC電源，另一種方式為市電直供，故障時(shí)由DC供電系統(tǒng)供電;更激進(jìn)的工作模式是在市電正常時(shí)，只使用UPS或HVDC作為備用，供電效率進(jìn)一步提高。

但據(jù)臺(tái)灣，同行介紹，這種方式存在一定的安全隱患，已有UPS在使用中切換失敗的案例(市電質(zhì)量下降，不符合IT負(fù)荷要求，但無(wú)法滿足UPS啟動(dòng)條件)。個(gè)人觀點(diǎn)：UPS和高壓DC純備用電源具有負(fù)荷突增的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備要求高。建議在小范圍內(nèi)長(zhǎng)期試用，然后有限推廣。