| 摘要：本篇文章是中国电源学会专家委员会主席、中国科学院计算技术研究所研究员张广明关于数据中心UPS供电系统输出直流化变革讲述。 |
对于故障性质讨论以后，我们看电池。电池本身就放在负载前面，它本身的可靠性，我这有例子，比如说R1，我并列了可靠性的东西，R2增加一个可靠因素，这个是什么？这个东西就是说过去我们没有这样的研究过，因为没有遇到过类似的问题，这个可靠性的研究，从来不可靠人为因素，人为因素不可量化，在这里头实际上是人为因素保持了电池的维新，这种直流化的起因，从可靠性理论来的，我们研究这也是画可靠性模型画出来，电池搁在这就行，也是这么来的。可靠性的研究通常忽略人为因素，对负载的可靠性，取决用备用电池，维护工作对系统的可靠性提高，起决定性的作用，直流UPS是传统交流UPS不可能达到，提高可靠性是UPS直流化变革根本的原因。有人说为了节能，单纯为了节能带不来这场革命。因为提高可靠性很难提高，你提高系统更复杂，要付出成本和效率的代价，所以是无路可走，提高可靠性是第一因素，节能是第二因素，是它必然的结果。
第三个就是计算机能不能用直流供电，不说了。能不能用不稳定直流供电，电池是不稳定的，正常的时候，不用它是负充值，大致范围正负11.25。最后形成了全新的过程，全新的电波，这是老的，这是新的，你看这里有四句话。一能源一次变换，二不存在谐波电流，不存在谐波电流，除了负载没有谐波电流，因为直流化消亡，这面还是靠技术。第三备用能源电池直接保护负载，通过配电直接保护负载，四负载供电可靠性取决于电池可靠性。直流UPS设计和性能指标。系统设计的原则，如何设计这个系统，直流UPS的关键是什么？备用电池要直接对负载供电。你能不能达到这点。我们有的电压低，比如原来是300伏，结果他用直流UPS低，它变换再上去，这失去了UPS的意思，UPS必须直接对负载，它作用就有，这是一个关键。我们在设计系统的时候，要吸收原来传统UPS设计已经很成功的经验，就是集成一体化设计，我搞这个东西不是结合，要做系统设计，整个系统统一设计包括管理。第三尽可能少对IT厂商和用户提出技术性的要求。电源设备厂商首先要担负更多的责任，第四要考虑到在整个变化过程中，可能十年到十五年，IT设备用两种供电，我插200也可以，插直流也可以，一开始可以做定制化产品，最终要标准化，没有标准化的产品，你这个变革就完不成，你说我要500伏，200伏都可以，但是这个不是变革。输出电压的确定有五个原则，这里我简单说一下，最重要是第一个，不要求IT设备输入电源做明显的变化，这是很重要。原来电源是简单整合，老的IT设备，这个电压设备必须对这两个电压设计，最终是这种电压。因为它同时效率高。这是第一个原则。
如果你不能这样做的话，简单直流是300伏，它可能在比较低的电源下工作，人老半蹲着干活，肯定降低寿命，这种寿命不是马上可以看到的，在你系统里面因为你电压不对，生命周期八年九年，到你那五六年可能完蛋，这是慢慢看出来的，还有效率问题和其他的。还有它有一个范围，正负电压20%，这选的比较低，很快降下来，这样你电池的利用率就不高。电池电压一掉超过它机器运作范围，机器马上报警，电池用不上。第二个问题就是两次变换的问题，如果你直流不是380，简单直流是300伏，你如果不是这两个电压，必须加DCDC的变化，220进来，你不是这个你还得变换，你一级变化和UPS二级变换是一样的，要尽量减少变换的次数，还有最终电压取决于电池，有的实际上380不是380，还有节能和安全，最重要的原因是第一项，这样得到的结果就是应该是两种，对于老的设备应该是25节电池，额定是定了300伏，对新的IT设备八节电池定在360，可能这个要淘汰，可能最终全是380，电池电压是360，我下面加快一点。第三个就是这个方案，这个不说了，这个特点也不说了。可用性分析不说了，我用可靠性模型列出两种。中间没有同步，这两个最高，两边必须同步，这个级别不高了，完全隔离这是最高级别的，我把直流系统，电池分两种。我比较两个系统结果是这样的，我用的数据全是一样的，大家都带同样的数据。
那么这里面差了四个九，就是直流供电可用性就是1，所以电压的选择，第五个问题关于国外的情况，那么详细情况我都删掉了，没有时间讲大家看看。日本有两种一种是380，就是所谓的电压是336，负冲340，也有300，也有320，韩国300伏，其他欧洲美国这个包括日本的一些公司，提出全是380，这是国际上的，重要的研究机构提出来的。我们国家有一个就是我们某一个单位有一个2兆瓦的数据中心，直流UPS，你看它有一个很大的房间，你进去以后你看有76台直流UPS，这个系统运行三年了，非常可靠，它的技术来源于日本一个公司。这里面列出了，选用380的，法国电信、华为技术、爱立信、还有一个研究所，还有英特、微软、中国移动等，选用300伏主要是韩国电信，320有富士通等，这不是最后的结论，在研制的阶段选用的电压，规划实验用的电压，就是两种380和300。第六个问题关于直流方案的选择，那么最后如何选择这个方案，前面讲设计原则和直流电压如何选择，整个方案不可选择，第一个原则关键是备用电池对直接负载供电，你系统里面你的电池中间又加了东西，有的单位还用48伏，我用直流供电，然后用UPS升上去，没有用，你的电池不起作用了，没有改革的意义，这是第一个。第二个尽量减少转换次数，第三个重视高压输入配电的问题，这个才有技术难度，真正前面的AC、DC转换没有难度，真正难是直流配电，第四要设计直流UPS的方案。
最后花点时间讲讲方案，最后的直流可行的方案，方案一，这边是336伏，正负11.5，370几伏到地下300多一点，这边输出374伏，电池是336伏，这边是一次变化，这边就是IT设备把AC、DC拿掉一了，变成DC、DC，从原来的系统两次变换，降到了现在的，原来是四次变换，现在降到2次变换，第二电池直接对开关电源的DC、DC供电，直接对它供电，这样可以充分发挥电池可预见，系统可用性可以接近一，第三容量可以做几百个KW，这个系统可以是模块化的，这个系统的容量可以做的很大，这个很容易做上去，第四系统简单成本低效率高，这是相对于传统比的。简单效率高，但是它有一个推荐，直流配电这块，直流配件这个成本高，而且有一定的困难。这是一个可行性比较高的系统。第二个系统就是我把供电系统全都砍掉，就是高压经过变压器变成380以后，一条电缆传过来，就是现在的UPS系统变成零，我把里面的开关电源搞大，这个搞大的过程，一个把开关电源从IT设备里拿出来，这一个IT设备本身很高兴，这个发热量非常大，从里面拿出来肯定高兴，然后我把它按照机架搞成模块，一个机架一个单元，搞三个千瓦决定没有问题，这个技术非常成熟，你高密度可以用两块三块，体积很小，这样把开关充分发挥出来。这样咱们就回到了我们开始搞计算机60、70年代，我们就是这样搞得，那么区别在哪，我们这地方加电池，这地方加电池，这变成一组电压，现在开关电源都是12伏输出，里面用的三伏五伏，跟什么电路是在一起，不在开关电压里头，我们回到60、70年代这种供电方法，这加电池，这去掉变压器，这搞成完全是小型的开关电压，这不是一个水平，更高一层的巡回，这是必然的，回到最简单，最容易想到的方案上去了。这个配电是有的，这个放在机架里，那么特点一能源还是两次变换，开关电源本身就是两次变换，还是两次变换，电池直接对IT负载供电。系统接近一，容量可以从五到二十，从三到二十更好，因为三技术更成熟。到五个KW模块有点困难，如果3到20，系统简单效率高，就是说咱们原来讲PUE供电的效率，现在效率是多少，不包括开关电源，现在供电系统是多少，99%，因为它只有电缆和两级或者两级配电的触电，可能可以99，就是效率达到了顶级。成本很低，因为什么，这个开关电源，每个设备里面都有，现在比如说有十个设备，我把十个拿出来做成一个，这个成本差不多，稍微便宜点，整个UPS供电成本是零，你说成本降低了多少，效率提高了多少。但是它的优点是什么，再没有直流配电的问题，高压有直流配电的问题，他没有了，这边是低压没有直流配电的问题，直流变革这个难关需要突破，就没有这个难关，自然没了。
另外两个优点就是系统效率还有IT设备中，不再有开关电源，IT设备非常欢迎，分散空间，占用机架的空间，只能分散空间，一个机架一个单元，这跟我们60年代70年代搞得一样，没有统一的东西，统一的东西不存在了。你要说把整个UPS的系统都砍掉，本来也是分散供电，对每个机架都是分散供电。这里头加了电池，我对电池体积重量算一下，要用多少，占一点地方。
责任编辑：Randy
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