IDC機房建設中，動力系統的建設無疑是其重中之重，各項業務的開展，各種服務器的穩定工作，都離不開穩定、可靠、不間斷的電力供給。本文簡單探討IDC機房幾種電源系統結構的基本原理、優缺點、實現的可行性等。

一、IDC機房對供電的需求有如下幾個特點

1、對供電要求高靠性

IDC面對的客戶一般都是企業級客戶，有的甚至為門戶網站，若負載中斷，IDC業務提供者，將會面臨巨大損失，因此對供電的可靠性要求很高。

2、負載容量大

IDC機房建設投入巨大，并且會考慮到未來幾年的業務增長，因此其要能承接足夠大的業務量。一般一個機房約放置50-100個機架，每個機架的負載量約為幾千瓦，因此一個機房的負載量約為幾百到上千千瓦，一個IDC中心可能建設多個機房。

3、相對集中的供電方式

為了分擔風險，同時又考慮到集中供電的方便管理性，一般按一個機房的負載容量來考慮，負載量約在幾百到上千千瓦。

4、對設備的諧波污染要求高

隨著國家對節能、環保的要求越來越高，電信運營商積極響應，同時，IDC機房也是用電大戶，是供電單位的重點關注對象，對諧波關注的程度高，這已經是趨勢。

二、傳統的UPS供電解決方案

傳統的數據通信設備要求交流輸入電源，一般是與市電電源的電壓和頻率相同的電源，即220V，50Hz的單相交流電源。傳統的數據通信設備的電源系統是UPS系統， UPS系統一般由整流器、逆變器、蓄電池和靜態開關等組成，市電正常時，市電經整流器變換為直流電供給逆變器，同時給蓄電池充電，逆變器將直流電變換為交流電供給負載。UPS本身故障時負載可經靜態開關轉換為旁路市電供電，市電長時間停電時，由備用發電機組供電。

雖然IDC機房內的設備是單相供電，但功率越來越大，單相UPS功率不能做的很大，受到限制，解決的方法是用三相UPS供電，功率一般平均分到三相上，同時進行UPS并機，解決其供電的可靠性。由于UPS最終通過逆變換流供電給數據設備，如果逆變與切換部分出現故障，電池不是直接給數據設備供電，會導致數據設備中斷。

幾種常見的UPS供電模式

1、串聯熱備份

此種UPS供電方式消除了單點故障，實現簡單，但是其同一時間只有一臺UPS帶載，因此存在超載能力差、主備機老化不均等問題，目前已經較少采用，系統圖見圖1：

2、并聯冗余

此種UPS供電方式，最大的好處是可以負載均分，其中任意一臺UPS故障，其被切離，UPS系統不用做任何切換，仍可工作在在線模式。可以根據負載量，通過增加UPS的方式實現系統容量擴充。系統圖見圖2。

3、雙總線供電方式

此種UPS供電方式，其最大的特點是同時提供2路互不影響的供電母線，分別提供給雙電源負載，或者通過STS再提供給單電源負載。此方式也很好的消除了單點故障，但限于供電方案中又增加了LBS（同步控制）和STS（雙路切換），因此也增加了故障點。系統圖見圖3。

UPS供電方案的優點：

技術方案成熟，目前在大量應用。

交流輸出，不易拉弧。

UPS供電方案的缺點：

并機難度大，需電壓、頻率、相位同步。

系統設計復雜，單點故障多

變換級數多，效率相對低

輸入諧波大，功率因數低

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三、共用48V母線的混合系統解決方案

 

這種電源系統結構特點是直流負載和交流負載的電源系統都采用-48V母線作為輸入電源。在市電或整流器故障時，由于蓄電池與輸出母排是并聯的，所以-48V母線電源是不間斷的。直流負載由-48V母線直接供電，交流負載經逆變器供電，即用-48V直流電源供電的逆變器代替了UPS。系統圖見圖4。

混合系統解決方案優點：

技術成熟，48V電源是真正的不間斷電源，其輸出純凈，所以系統整體穩定性有提高。不易拉弧，安全性高。

混合系統解決方案缺點：

在交流負載的電源鏈中增加了電源變換的次數，且電壓低，電流大，增加了損耗，降低了系統效率。

這種電源系統結構僅適用于交流負載為中小功率的情況。

四、整流型rAC高壓供電解決方案

以INTELEC 2001年發表的《新電信網絡和服務的最佳新型供電》和2000年發表的《電信和數據通信融合的rAC供電技術的新研究》為代表，法國電信公司試用。rAC供電系統，類似傳統的48V直流電源系統中的直流母線由經過整流的母線替代，實際上是脈動的直流。系統由整流橋、高電壓蓄電池組、蓄電池開關、充電機等組成。這種rAC供電系統的輸入諧波電流抑制和功率因數需要補償，須在rAC母線上并聯連接諧波抑制器。系統圖見圖5。

rAC高壓供電解決方案的優點：

在整個供電電路中只有一個變換級，損耗小，效率高；蓄電池充電機只用于給蓄電池離線充電，因此容量較小，成本低。rAC高壓供電解決方案的缺點：

采用用電壓較高， 安全標準要求高；采用單體蓄電池數量較多，要求進行更嚴格蓄電池管理。

五、高壓直流供電的可行性探討

數據設備內部電源狀況是計算機主機、顯示器、打印機等電氣設備的內部電源都是開關電源，將輸入的交流220V先整流、濾波成直流300V后，再通過電源開關管和開關變壓器降壓、穩壓成低壓，為各部分提供電源。一般交流電壓在110-250V之間，通過整流、濾波后直流電壓為150V-340V之間。因此，給這些設備輸入一個150V-340V直流電壓，設備是可以正常工作的。綜合考慮， 額定電壓在228V～280V（后備12V電池19只或20只）范圍內直流電通過橋式整流電路、濾波后，仍是直流228V～280V，在150V-340V之間，因此開關電源仍能正常工作，目前的實驗證明數據設備輸入DC270V左右時效果好。系統圖見圖6。

六、高電壓直流供電系統解決方案一

高電壓直流供方案一的交流輸入、整流電路和蓄電池、充電機與rAC供電系統是相同的。不同的是rAC供電系統將rAC直接供到集中的大功率DC/DC變換器，再其變換為穩定的高壓DC270V。日本NTT公司試驗了此系統。如果交流輸入電源故障，由蓄電池經直流開關和大功率DC/DC變換器供給負載設備270V直流電，系統圖見圖7。

 

此種電源系統的優點：

可靠性高、效率高，在負載設備的功率較大時更為突出；成本低；

此種電源系統的缺點：

采用單體大功率DC/DC，電壓高，電流大，要求較高的安全標準；采用蓄電池數量多，要求進行更嚴格蓄電池管理。

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七、高壓直流供電系統解決方案二

 

此方案是目前國內電信運營商在IDC機房改善供電的試用電源系統，最早鹽城電信為代表，現在一些電信分公司與移動分公司均有試用。與傳統48V供電系統類似，是由多個并聯冗余整流器和蓄電池組成的。在正常情況下，整流器將市電變換為270V直流電，供給電信設備，同時給蓄電池充電。市電停電時，由蓄電池放電為電信設備供電。長時間市電停電時，由備用發電機組供電。與傳統的-48V直流電源系統的一樣，蓄電池備用時間為1～24h，典型的蓄電池備用時間為1～3h。此高壓直流電源系統，在試用中優勢得到較充分的體現，系統圖見圖8。

此種供電系統的優點：

可靠性：電源模塊化輸出和電池直接并聯給負載供電，電池直接并聯到輸出母線上，母線電源是不間斷的。采用分級分布式控制，整流模塊和CSU故障時各自獨立控制，避免故障擴散。

易維護：并機容易，電源模塊化設計，支持帶電熱插拔，更換方便，采用分級分布式控制，整流模塊和CSU可各自獨立控制，便于維護。

智能化管理：此系統與傳統48V直流電源系統一樣，系統管理采用全面的智能化管理模式；對電池部分管理完善，有效延長了電池的使用壽命。

無諧波干擾、易擴容：對于計算機和服務器來說，采用直流輸入，不再存在相位和頻率的問題，多機并聯變得簡單易行，無諧波干擾。

安全性：采用標準電氣柜，對分路輸出和母線的絕緣狀況可進行實時監控，安全性高。

性價比：同樣容量的系統，高壓直流電源系統由于采用N+1模式，投資低，性價比高。

此種供電系統的缺點：

此供電系統要求直流專用元器件；對器件滅弧要求高；由于電壓高，無過零點，對安全性要求高。

八、高壓直流供電系統解決方案三

高電壓直流供電系統方案三與方案二供電系統是類似的，所不同的是，方案三供電系統增加升壓電路，將直流輸出電壓提高到400V（此種類似的供電系統在移動公司有實驗點，直流電壓350V）。是針對專門的高壓服務器電源，目前此服務器尚在研制之中，由于系統輸出電壓高，對目前大量在使用的服務器有些是不可用的，但由于某些優點突出，可能成為未來的一種發展的趨勢。系統圖見圖9。

此方案供電系統的優點：

模塊化供電，電池直接連接負載，母線電源不間斷；電源效率最高，最節能；輸出為直流無率因數與諧波問題，具備最大負載能力；供電電纜最細，節省成本與空間。

此方案供電系統的缺點：

故障的安裝拆除易造成拉弧；對安全的要求高，器件的要求也高。

結論

電信技術的迅速發展推動了電源設備技術的進步，高電壓直流供電系統方案二與方案三因為其可靠性高，效率高，特別適用于設備功率較大的場合的IDC機房供電。方案二適合于目前的服務器，也是目前IDC機房供電的改造相對最適合的方案，方案三可能是一種IDC機房設備供電的發展趨勢。IDC機房最佳供電系統到底是什么，還值得深入探討與研究，最終總會找到一種適合的方案。

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