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数据机房高压直流供电模式的探讨

来源:机房360 作者:高健 周平 颜士军 更新时间:2010-6-30 17:46:07

摘要:数据通信设备要求交流电源与电信设备传统的-48V直流电源不兼容,因而对电源设备提出了新的要求——应达到高可靠性、高可用度和高效率的要求。如何构成这种新的电源系统?这是通信电源系统设计有待解决的新问题。

 随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大,电信网络正处于变革之中,电信网络的变革必然影响到电源系统。数据通信设备要求交流电源与电信设备传统的-48V直流电源不兼容,因而对电源设备提出了新的要求——应达到高可靠性、高可用度和高效率的要求。如何构成这种新的电源系统?这是通信电源系统设计有待解决的新问题。上个世纪90年代末以来,国内外已开始注意和研究适应数据通信设备融合的电源系统结构,提出了一些新型实施方案。我们也在探索合理的数据机房供电系统,下文将简要分析与探讨。 
  
  一、前言
  
  今天,数据设备中使用交流电源的信息通信设备种类越来越多,而且容量越来越大,UPS供电系统已经广泛地应用于各通信运营商的通信局站中。随着我国通信行业的高速发展,数据业务的快速增加,通信局站的UPS供电系统已经成为网络安全的重要一环,UPS供电系统的大量应用,加剧了通信局站的供电压力,增大了安全隐患,也加大了设备维护工作量。尽管出现了双总线UPS供电系统,增加了UPS供电的可靠性,但随之又加大了数据中心机房使用面积及增加了设备投资,UPS供电系统的安全运行已经越来越受业内人士的高度重视,同时也是维护人员最为担心的重要一环。众所周知,直流供电系统的可靠性要高于UPS供电系统,那么我们能不能找到一种新的供电系统来取代UPS供电系统,消除人们的顾虑呢。本文将对一种新型的高压直流供电系统做一些应用探讨。
  
  自上世纪80年代以后,很多国家都在研究和实施300~400V高压直流(HVDC)供电系统。国际电信能源会议的组织者很关心这项工作,经常发布各国的论文,如1999年日本代表提出《290V直流供电系统是电信和数据高效和可靠的供电系统》;法国电信和阿尔卡持公司相继于1999年提出《供电给新的电信网络和服务用的新的供电系统》,2000年又发表了《用于电信和数据融合的整流型AC供电的新方法》;2007年发表了美国《在电信和数据中心改进能源效率的400V直流供电系统的评估》和瑞典《在Gnesta市数据中心运行一年的9kWHVDCUPS供电系统》等论文。
  
  二、高压直流供电解决方案
  
  与传统48V供电系统类似,高压直流供电系统是由多个并联冗余整流器和蓄电池组成的。在正常情况下,整流器将市电交流电源变换为270V、350V或420V等直流电源,供给电信设备,同时给蓄电池充电。电信设备需要的其它电压等级的直流电源,采用DC/DC变换器变换得到。市电停电时,由蓄电池放电为电信设备供电;长时间市电停电时,由备用发电机组替代市电,提供交流输入电源。与传统的-48V直流电源系统的一样,蓄电池备用时间为1~24h,典型的蓄电池备用时间为1~3h。

 
  图1供电示意图

  目前在国内通信中主要试用了270V电压级别的高压直流电源系统,在试用中优点得到了较充分的体现。
  
  1服务器电源直流供电的可行性  
  1.1ATX标准(功因低、谐波大、效率低)  
  ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范,输出功率一般在125瓦~350瓦之间。ATX电源通常采用20Pin(20针)的双排长方形插座给主板供电。随着Intel推出Pentium4处理器,电源规范也由ATX修改为ATX12V,和ATX电源相比,ATX12V电源主要增加了一个4Pin的12V电源输出端,以便更好地满足Pentium4的供电要求(2GHz主频的P4功耗达到52.4瓦)。鉴于ATX的普遍使用和高压直流供电的优势,因此希望探讨采用直流高压供电和ATX电源结合的供电的方式,即对ATX电源采用直流供电,然后由ATX电源输出所需电压的可行性。

  
  图2典型ATX电源的整流逆变部分电路

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