陈冀生1张广明2
　　
　　(1.先控捷联电源设备有限公司,石家庄050035)
　　
　　(2.中国电源学会专家委员会,天津300111)
　　
　　摘要:在数据中心中,供电系统是基础设施最重要的子系统之一,文中将针对现代数据中心供电系统规划设计要求、数据中心供电系统存在的问题和设计理念的变化、数据中心供电系统方案的选择、对UPS设备性能指标的重新认识、系统模块化与模块化UPS、高频机型UPS将成为现代数据中心UPS设备的首选机型、直流输出DC-UPS系统的研究和应用前景、数据中心备用能源的配置、数据中心供电系统的节能设计、供配电系统设备的布局设计与安装等问题,分专题进行系统的介绍和讨论。
　　　　
　　6.5 DC-UPS供电系统的可用性
　　
　　分析一下全新的DC-UPS供电系统,可以非常明显地看出在降低成本、降低能耗、降低污染、提高系统可靠性、提高系统适应性等多方面的优势,但是,UPS输出直流化改革的最主要的贡献莫过于极大地提高了供电系统的可用性,这也正是这一重大变革的初衷。
　　
　　UPS设备输出直流化不是简单地提供一个单台AC/DC电源就可以解决的问题,仍然需要从系统的角度做全面的规划设计,也就是说,同时要考虑交流输入和输出直流配电环节,并且要遵守《ANSI/TIA942-2005数据中心通信基础设施标准》的等级IV的要求,使整个系统具备“故障容错”功能。图6.7是DC-UPS系统基本配置原理框图。

　　
　　(1)系统的五种冗余关系
　　
　　①“市电”与“油机”组成交流冗余输入;
　　
　　②“电池组1+开关1”与“电池组2+开关2”组成备用电池冗余关系;
　　
　　③AC/DC变换“n+1”冗余;
　　
　　④“交流输入+AC/DC变换”与“备用电池组”组成冗余关系;
　　
　　⑤输出直流配电双总线冗余。

　　
　　根据图6.7和上面讲的五个冗余关系,可以得出DC-UPS系统的可用性模型,如图6.8所示。在进行具体计算时,使用了表6.2中的数据,这些数据大都来自现场维护统计。

　　
　　(2)系统可用性
　　
　　①AC/DC模块化系统可用性A8
　　
　　假定:AC/DC系统由11个模块组成(10+1)冗余系统
　　
　　已知模块的可用性为0.999999
　　
　　系统组合件的可用性为0.999997
　　
　　11个模块组成(10+1)冗余系统的可用性为:

　　
　　　　
　　模块化系统等于AC/DC模块化“n+1”冗余系统与系统组合件的串联,
　　
　　所以:模块化系统的可用性A8基本上等于系统组合件的可用性,

　　值得注意的是,这里可用性最高的两个环节是冗余电池系统和冗余直流配电系统,由于负载通常是双电源输入,所以冗余直流配电系统总是需要的,但是由于配置的难度,冗余电池系统实现起来会有些难度。如果采用一组电池,则:

　　
　　6.6 DC-UPS技术研究和推广应用中存在的问题和应用前景
　　
　　从技术革新角度讲,UPS输出直流化改革的难度并不在于直流UPS设备本身,对交流输入电源进行AC/DC变换并形成直流不停电供电系统并不存在技术难关,所用的电路技术都是很成熟的。但是,这种变革不是由供电设备厂商就可以完成的,UPS的输出负载是数据中心关键IT设备,要使直流UPS最终在数据中心中推广使用,就需要IT设备厂商直接参于,对IT设备的开关电源做相应的匹配和适应性的研究和变更工作,包括:
　　
　　(1)IT设备开关电源的输入开关、保险丝、继电保护等交流器件要改为相应电压的直流器件;
　　
　　(2)如果要求IT设备同时适应交流220V和直流380V输入,则需要在IT设备中保留开关电源的前级AC/DC变换,并在开关电源中设置相应的电压制式转换措施;
　　
　　(3)最终是重新定型开关电源,去掉AC/DC变换,只保留DC/DC变换;
　　
　　(4)通过设备研发、技术的不断改进和试运行,来论证这种变革的技术可行性,特别是要通过较长时间的运行实践,全面地考察系统(包括供电和IT设备)的适应性、系统可靠性提高的效果、系统的降低成本和节能效果等。
　　
　　这种变革必然是一个漫长的过程,有些问题(例如IT设备的可靠性和寿命)要通过设备运行的一个生命周期才能暴露;有些问题要通过一定设备数量经过一定时间运行的统计数字才能得出结论;行业标准更要在以上问题得出结论并在业内得到普遍认可的情况下才能制定。总之,UPS输出直流化是数据中心供电系统的一次重大变革,目前已进入改变观念、技术研发、方案论证和系统试运行阶段,这是一个可喜的开端。

（未完待续）

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