采用高压直流供电系统向IDC设备供电，以低投资、高可靠性、低运营成本等优势逐步成为IDC机房一种新的供电模式。本文就通信运营商IDC机房采用高压直流供电的可行性、优势特点、配置方式等进行简要分析。
目前，中国各行业数据机房一般采用UPS电源系统供电，但随着计算机网络的迅速普及和数据业务的快速发展，特别是IDC业务的快速发展，传统UPS供电模式的可靠性、安全性及高能耗等方面问题越来越凸显。近年来，国内一些行业开始探索和分析IDC设备采用高压直流供电的可行性，并且取得阶段性成果。部分省市的通信行业运营商通过对现网改造，用高压直流电源代替UPS电源系统，从实际使用效果来看，非常可观。采用高压直流供电系统向IDC设备供电，以低投资、高可靠性、低运营成本等优势逐步成为IDC机房一种新的供电模式。本文就通信运营商IDC机房采用高压直流供电的可行性、优势特点、配置方式等进行简要分析。
一、IDC机房高压直流供电的可行性分析
目前通信运营商的IT设备主要分布在IDC机房、营业中心、综调中心和各类呼叫中心，IT设备的种类包括：IDC服务器、网络设备、办公PC、票据打印机、磁盘阵列等，其中以IDC机房内的服务器负荷最大、能耗最高、供电可靠性要求最高。通过对各机房的IT设备进行分析发现，交流供电的IT设备都自带有独立的全桥整流电路。
当交流输入电压在正半周期时，正向对称的两个二极管D1和D3导通，反向对称的两个二极管D2和D4截止，当输入交流电压在负半周期时，D2和D4导通，D1和D3截止，在一个完整的周期内，输出均为同一方向的电流。如此完成全桥整流电路将交流电压整流成直流电压，交流输入时全桥整流器导通路由及输入输出波形。若在IT设备的交流输入侧直接输入一定电压等级的直流电压，IT设备是否会工作呢？经实验测试，在IT设备输入侧L极和N极对应加上一定电压等级的+和-直流电压，IT设备可正常工作。将输入的直流电压极性反接，即-接到L，+接到N，IT设备也可正常工作，全桥整流器成了高压直流供电时的极性接反保护电路。高压直流输入时整流器导通路由及输入输出波形。两种不同的输入电压对比可知，若IT设备自带有独立的全桥整流电路，则不管采用交流输入还是直流输入，IT设备都能正常工作。根据对现有的IT设备进行检测分析，目前大部分的IT设备都可以直接采用高压直流供电，而无须对设备的内部电路进行改造。极少部分IT设备采用半桥整流的，只需考虑高压直流输入的极性即可。
二、高压直流供电系统的额定电压
通过对现有的IT设备输入电压范围进行统计分类，目前绝大部分IT设备允许的交流输入电压范围为:110Vac～240Vac，经整流器整流后的直流输出电压为：154Vdc～336Vdc。国标GB3797对配电线路的电气间隙和爬电距离按电压划为三级，小于63V为一级，63V～300V为二级，300V～500V以上为三级。
目前通信运营商机房配电线路基本满足300V以下的配电要求，所以，高压直流供电系统的电压应在154Vdc～336Vdc之内尽量高，但应小于300V。同时，考虑到蓄电池的配置要求，以12V单体蓄电池为例，则高压直流电源系统额定电压应是12的倍数。所以，高压直流电源系统为额定电压240V，后备蓄电池配置20颗12V单体，系统浮充电压270V，均充电压282V，满足上述要求。经实际带载测试，240V额定电压的高压直流供电系统运行稳定，IT设备工作正常。
三、高压直流供电与UPS供电的优势对比
1.高压直流电源系统的供电模式比较可靠
A.UPS系统的供电模式：
B.高压直流系统的供电模式：
由图4和图5可知，UPS系统采用串联型的供电模式，后备电源蓄电池需要经过UPS的逆变器和STS静态开关再输出给负载设备，而高压直流电源系统采用的是并联型供电模式，后备电源蓄电池直接挂在负载设备前端，没有任何中间电路，彻底消除供电系统中不可预见、突发性的故障对负载的威胁，使系统可靠性大大提高。
2.高压直流电源系统通常工作在较高的负载率区间，系统效率高
A. UPS供电系统的效率曲线
为保障系统安全，UPS供电系统大多采用1+1备份，有的甚至采用2+2冗余备份，导致单台UPS通常工作在较低的负载率区间，系统效率较低。
B. 高压直流系统的效率曲线
高压直流电源系统采用高频开关电源模块，按N+1备份配置，通常可让整流模块工作在50%-80%的负载率区间，系统效率高。如果负载率较低，还可启动模块效能管理功能，提高模块的负载率，也可大大提高系统的效率。根据实际改造对比，在相同的负载情况下，高压直流供电系统比UPS供电系统节能至少15%。
3、高压直流电源系统对控制电路要求比UPS系统低
UPS供电系统通常采用多台UPS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，需要所有UPS的输出电压相等、频率相同、相位一致，三者缺一不可，否则无法并机。UPS并机控制电路较复杂，一旦控制电路故障，将导致UPS并机失败，严重时可能造成系统供电中断。
高压直流电源系统采用高频开关电源技术，输出电压为直流，只要整流模块的输出电压基本一致即可实现并联和系统扩容，无需考虑频率和相位问题。同时，高压直流电源系统的监控模块只对整个系统的运行状态进行监测，若监控模块发生故障，不会影响到整流模块的正常输出，可确保IT设备的正常工作。
四、IDC机房高压直流供电案例分享
1、机房背景
IT设备机架数量：10架，机架容量：2.5～3kW/架
IT设备总容量：25-30kW
以下就以30kW负载容量、停电后备半小时的要求做配置方案。电源系统供电方式：整流屏+总输出屏+列头柜+电池柜（含蓄电池）
2、蓄电池配置
IT设备总容量30KW，系统电压240V，单组蓄电池配置12V/20只，故需要单只蓄电池恒功率放电：30kW/20=1500W。以中达电通DCF系列蓄电池为例，查阅电 池恒功率放电特性数据，配置DCF-12V/150Ah蓄电池一组20只，可满足30kW负载后备半小时的要求。配置双层单列电池架1个，尺寸为：600宽*570高*3210长(mm)。
3、整流模块配置
IT设备总容量30kW，系统电压240V，负载电流为：Iload=30000/240=125A，蓄电池150Ah一组，Ibat=0.1C=0.1*150=15A。需要整流模块提供总电流：Itotal=Iload+Ibat=125A+15A=140A。
中达电通HVP系列高压直流系统，单台整流模块规格240V/20A，可配置整流模块数量:N=140A/20=7，考虑到整流模块N+1备份，配置8个整流模块。
高压直流电源系统配置整流屏1个，整流屏尺寸：800宽*600深*2000高(mm)。内含监控模块、整流模块（8个）、交直流配电及相关辅助配件。
4、总输出屏配置
本期配置总输出屏1个，容量400A。
屏内开关配置：总输入400A 刀熔开关两只；
电池分路400A 刀熔开关两只；
输出分路160A 2P断路器两只；
输出分路100A 2P断路器十只；
总输出屏尺寸：800宽*600深*2000高(mm)。
5、列头柜配置
列头柜给10个IT设备机架供电，单个IT设备机架输入电流要求：3kW/240V=12.5A，至少需配置输入空开25A；
屏内开关配置：总输入160A 2P断路器两只；
输出分路25A 2P断路器10只；
输出分路32A 2P断路器10只；
列头柜尺寸：800宽*600深*2000高(mm)。
6、系统配置清单
系统配置清单如下表：
7、系统供电配电示意图
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